WO2021193745A1 - 浮沈式太陽光発電装置 - Google Patents
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Definitions
- the embodiment of the present specification relates to a floating / sinking photovoltaic power generation device for protecting the photovoltaic power generation device from bad weather when installing the photovoltaic power generation device on the water.
- Patent Document 1 has a technique of winding a skin sheet around a pedestal having a water float function for holding a solar panel and connecting them.
- the necessary winding amount and adhesive strength are required, and there is a problem that man-hours are required.
- Patent Document 2 there is a technique of providing a weight body below the position of the center of gravity as a measure for reducing "rolling" against wind and waves with respect to a frame with a weight.
- this technique it is necessary to increase the weight of the weight in order to increase the resistance to wind and waves. Therefore, it is necessary to further increase the buoyancy of the gantry, and as a result, there is a problem that the device becomes a large-scale device.
- Patent Documents 3 and 4 in the technique relating to the installation method of the water solar power generation device and the water support, the support is used to prevent the movement due to wind and waves.
- "rolling up" cannot be prevented due to damage or damage to the photovoltaic power generation device due to bad weather, wind and waves.
- the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a floating-sink type photovoltaic power generation device that settles in strong winds and waves and rises in fine weather and calm.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device has a power generation unit that generates power by sunlight, is capable of floating and sinking between the water surface and water, and is connected to the gantry itself or a float. It is characterized by comprising a pedestal for supporting the portion, a traction device or an elevating device for floating and sinking the pedestal, and a floating and sinking operation device having at least one of a buoyancy adjuster for adjusting buoyancy. It is characterized by preventing damage due to the weather by submerging the gantry.
- the gantry may have buoyancy.
- the buoyancy of the gantry is to make all or part of the material or space of the gantry have a density below water, to design a structure that floats on water like a ship, to give buoyancy to the power generation unit, or to "float". It is realized by the equipment of something with a function with buoyancy called "float”.
- a rope connected to one or more anchors is wound by a rope winder to settle the gantry and release the rope from the rope winder. It is characterized in that the gantry is floated by this, or the gantry is floated and lowered by one or more elevators fixed to the bottom of the water.
- the buoyancy of the device installed on the water surface can be increased or decreased by sandwiching a neutral buoyancy in which the device does not float or sink when an external force is not applied to the device.
- the buoyancy adjuster for adjusting is characterized in that the buoyancy is made smaller than the neutral buoyancy to settle the pedestal, and the buoyancy is made larger than the neutral buoyancy to raise the pedestal.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device is further characterized by further having a control unit that controls the ascent of the gantry and the subsidence of the gantry based on the weather prediction information or the ups and downs command.
- the control unit in the floating-sink type photovoltaic power generation device is characterized in that the floating-sink operation device is controlled based on the weather condition, the weather information, and the prediction of the amount of power generation.
- the control unit calculates a load value indicating a load on the gantry based on weather prediction information in the area where the gantry is installed, and the load value is calculated. Is equal to or greater than the load threshold corresponding to the upper limit of the load, the floating / sinking operation device is controlled with respect to the sedimentation, the load value is less than the load threshold value, and the power consumption consumed by the floating and the sedimentation is greater than or equal to the load threshold value.
- the floating / sinking operation device is controlled with respect to the levitation, using the difference between the power generated by the standby power of the gantry in water and the standby power of the gantry as the power generation threshold.
- the control unit calculates the load value by multiplying the significant wave height in the weather prediction information by a predetermined constant larger than 1. It is a feature.
- the floating / sinking photovoltaic power generation device is characterized in that the control unit controls the floating / sinking operation device with respect to the sinking when the forecast of lightning or hail is included in the weather forecast information. do.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device further includes a shaking sensor for detecting the shaking of the gantry, and the control unit is in the case where the shaking is equal to or higher than the shaking threshold corresponding to the upper limit of the shaking. It is characterized in that the floating / sinking operation device is controlled with respect to the sinking.
- the control unit outputs fluctuations in the amount of power generation and one or more of the mounted attitude sensor, position sensor, and swing sensor in the past and present. Based on this, the predicted value of the shaking after a lapse of a predetermined time from the present is calculated, and when the predicted value exceeds the shaking threshold, the floating / sinking operation device is controlled with respect to the sinking.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device further includes a rope winder for winding a rope connecting the anchor for positioning the frame and the frame or sending out the rope, and controls the control.
- the rope winder is controlled so that the unit starts winding the rope later than the start time of the settlement, and starts feeding the rope later than the start time of the ascent. It is characterized by controlling a rope winder.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device is provided with fixed legs on the gantry to ensure stability when landing regardless of the state of the water bottom, and damage to the device due to undulations or undulations of the water bottom. It is characterized by the function of avoiding the water, the underwater environment, and the conservation of living things.
- the water depth is measured by water pressure, or the position of the gantry is located between the bottom surface directly below the gantry and the water surface.
- the control unit further has a position sensor for detecting the above, and the control unit determines whether or not the position has reached a predetermined water depth in the subsidence based on the output from the position sensor, and the position is the predetermined position.
- the buoyancy is adjusted so that the buoyancy of the gantry at the predetermined water depth is larger than the neutral buoyancy at which the gantry does not float or sink when an external force is not applied to the gantry. It is characterized in that the device is controlled and the rope winder is controlled so as to stop the winding of the rope by the rope winder when the position reaches the predetermined water depth.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device further includes a posture sensor that detects the posture of the gantry, and the control unit sets the posture to a horizontal state based on the output from the posture sensor. It is characterized in that the floating / sinking operation device is controlled so as to be.
- the floating / sinking photovoltaic power generation device due to lightning, hail, wind and waves is settled in bad weather, strong wind and waves, and ascended in fine weather and calm. Can prevent damage, breakage and curling.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device can settle in bad weather, strong winds and waves, and can ascend in fine weather and calm.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a floating-sink type photovoltaic power generation device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of an appearance of a floating-sink type photovoltaic power generation device with a traction device floating on the water surface and an appearance of a floating-sink type solar power generation device with a traction device sunk near the sea floor according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a flowchart showing an example of the procedure of the levitation operation according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a floating-sink type photovoltaic power generation device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of an appearance of a floating-sink
- FIG. 6 is a diagram showing an example of an appearance of a floating / sinking photovoltaic power generation device with an elevator floating on the water surface and an appearance of a floating / sinking photovoltaic power generation device with an elevator that sank near the sea floor according to the second embodiment. ..
- FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the levitation operation according to the second embodiment.
- FIG. 9 shows an example of the appearance of a floating / sinking photovoltaic power generation device with a buoyancy compensator floating on the water surface and the appearance of a floating / sinking photovoltaic power generation device with a buoyancy compensator sunk near the sea floor according to the third embodiment. It is a figure which shows.
- FIG. 10 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation according to the third embodiment.
- FIG. 11 is a flowchart showing an example of the procedure of the levitation operation according to the third embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 according to the present embodiment.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 has a pedestal 5 capable of floating and sinking between the water surface and the water, and a floating-sink operation device 6 for floating and sinking the gantry 5.
- the gantry 5 may have buoyancy.
- the buoyancy provided in the gantry 5 is to give the material of the gantry 5 itself or a part of the space a density equal to or less than water, a structural design that floats on water like a ship, or to give the power generation unit 51 buoyancy.
- the buoyancy compensator 6 has at least one of a traction device or an elevator that floats and sinks the gantry 5 and a buoyancy adjuster that adjusts the buoyancy.
- the floating / sinking operation device 6 will be described as having a traction device.
- the traction device will be described later.
- the gantry 5 includes a power generation unit 51, a reception unit 53, an attitude sensor 55, a position sensor 57, a sway sensor 59, a control unit 65, and a storage unit 67. At least a part of the floating / sinking operation device 6 may be provided on the gantry 5.
- the power transmission cable 52 connects the power transmission network or storage battery installed on land or the like to the power generation unit 51.
- the power transmission cable 52 may connect the power supply connector of the ship anchored in the vicinity of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 to the power generation unit 51.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 supplies the electric power generated by the power generation unit 51 from above the water surface to a desired supply destination.
- the power transmission cable 52 is provided with, for example, a plurality of weights connected in a bead shape in the vertical direction. At this time, as the gantry 5 sinks, the plurality of bead-shaped weights reach the bottom of the water sequentially from the weight at the lower end. Therefore, when the gantry 5 is settled, the force for sinking the gantry 5 is gradually reduced according to the stepwise arrival of the weight at the bottom of the water.
- the receiving unit 53 is telecommunications connected to various networks regardless of whether it is wired or wireless. Various components of the gantry 5 will be described later.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 shall be installed in the sea.
- the installation location of the floating / sinking photovoltaic power generation device 1 is not limited to the sea, and any place such as a river, a lake, a pond, a dam, an artificial pond, or a water reservoir where the floating / sinking photovoltaic power generation device 1 can be subsided can be installed. It may be a place.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of the appearance of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 floating on the water surface 11 and the appearance of the floating-sink type solar power generation device 1 sunk near the seabed (bottom surface, water bottom) 13.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 shown in FIG. 2 has a traction device 60 that floats and sinks the gantry 5 as a floating-sink operating device 6.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 in the present embodiment will be referred to as a floating-sink type photovoltaic power generation device with a traction device.
- the traction device 60 includes an anchor 7 fixed to the seabed 13, a rope 9 having one end connected to the anchor 7, and a rope winder 61 capable of winding and feeding the other end of the rope 9.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device shown in FIG. 2 has four traction devices 60, but is not limited thereto. That is, the floating / sinking solar power generation device 1 with a traction device has at least one traction device 60.
- a plurality of traction devices 60 are provided in the floating / sinking photovoltaic power generation device 1, a plurality of ropes 9 are used for the floating / sinking of the gantry 5. Therefore, the plurality of rope winders 61 in the plurality of traction devices 60 wind the rope 9 having the same length with respect to the subsidence of the gantry 5, and deliver the same amount of rope 9 with respect to the ascent of the gantry 5.
- the rope winder 61 is provided, for example, at the center of gravity of the gantry 5. Further, when the plurality of traction devices 60 are provided in the floating / sinking solar power generation device 1 with a traction device, the plurality of rope winders 61 are provided at positions symmetrical with respect to the center of gravity of the gantry 5, for example.
- a hole is made to allow water on the lower side of the gantry 5 to escape in the vertical direction of the upper part of the gantry 5 when sinking, and to let water on the upper part of the gantry 5 escape in the vertical direction on the lower surface of the gantry 5 when ascending.
- the structure is desirable, and the larger the hole area, the easier it is to float and sink vertically.
- the lower surface of the gantry 5 has a convex structure such as a quadrangular pyramid or a conical shape in which the lower portion becomes thin so that the water on the lower side can be evenly released to the front, back, left and right to facilitate the horizontal maintenance.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device floats and sinks between the water surface 11 and the seabed 13 by winding the rope 9 by the rope winder 61 and sending out the rope 9.
- the gantry 5 has a skeleton structure.
- a control unit 65, a storage unit 67, and the like are installed in the central portion of the frame structure of the gantry 5.
- the shape of the gantry 5 when viewed from the z direction is not limited to a rectangle, and may be, for example, a triangle or a hexagon.
- six solar panels 511 are arranged corresponding to each of the six sides, and a control unit 65, a storage unit 67, and the like are installed in the central portion of the hexagon.
- the anchor 7 is fixed to the seabed 13 with respect to the positioning of the gantry 5.
- a rope 9 is connected to the end of the anchor 7.
- the rope 9 is connected to the rope winder 61 so that it can be wound or sent out by the operation of the rope winder 61.
- the total number of anchors 7 is preferably two or more, and more preferably three or more.
- the buoyancy of the gantry 5 and the tension of the rope 9 ensure the levelness of the gantry 5 during floating and sinking, suppress the movement due to the water flow, and enable stable mooring in water.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device can have a certain distance between the gantry 5 and the water bottom 13 at the time of landing regardless of the state of the water bottom 13, ensuring the stability of the gantry 5. , Avoiding undulations of the bottom 13 and damage due to undulations, and in addition, conserving the bottom environment and organisms.
- an independent anchor 7 not connected to the fixed leg 8 or the rope 9 shown in FIG. 9 described later may be installed on the bottom 13 of the water. In this case, it is more preferable that the anchor 7 has a fishing reef function and enhances the conservation of living organisms.
- the power generation unit 51 includes, for example, at least one solar panel 511, an electric power collector that collects the electric power generated by the solar panel 511, and a power conditioner unit that converts the electric power collected by the electric power collector into power that can be transmitted. It has a power conditioner unit (hereinafter referred to as PCU).
- the power generation unit 51 supplies the electric power generated by the solar panel 511 to a power transmission network, a storage battery, a ship, or the like via a PCU.
- the PCU may be installed on land.
- the power generation unit 51 has a solar panel 511 and a current collector, and supplies the electric power collected by the current collector to the PCU installed on land via the power transmission cable 52.
- the PCU may have a current / voltage sensor.
- the power generation unit 51 measures the amount of power generated by the solar panel 511 with the current / voltage sensor, and outputs the measured amount of power generation to, for example, a transmitter (not shown) to the server to which the power is sold. do.
- the receiving unit 53 receives the weather forecast information in the area where the gantry 5 is installed via the network.
- the receiving unit 53 outputs the received weather prediction information to the storage unit 67.
- the weather forecast information is, for example, a weather forecast, a wave forecast, a tsunami warning, and the like.
- the weather forecast information includes, for example, Amedas solar radiation estimation "SYNFOS-solar / SYNFOS-solar 1km mesh" by the Japan Meteorological Association, and solar radiation forecast "SOLASAT-Nowcast / SOLASAT 8-Nowcast / SOLASAT 8-Now” by meteorological satellites.
- Original forecast using the meteorological satellite image information "SOLASAT-Global” other weather forecast (time zone, 10 days, precipitation probability, wind, wave), long-term forecast, rain cloud forecast, heavy rain radar, PM2.5 distribution forecast, thunder (Forecast) and so on.
- the meteorological forecast information is not limited to the above, and may be waves, winds, interfacial flow velocities, etc. in the forecast information provided by Kokusai Meteorological Ocean Co., Ltd.
- the meteorological forecast information may be forecast data released by the Japan Meteorological Agency, precipitation by AMeDAS, snow cover, wind direction and wind speed, and sunshine duration.
- the weather forecast information may include earthquake and tsunami information from J Corporation (Japan Meteorological Agency data and PLUM method).
- the receiving unit 53 may receive the predicted amount of power generated by the power generation unit 51 (hereinafter referred to as the predicted power generation amount) via the network.
- the predicted power generation amount is, for example, the data of the power generation amount prediction by "SOLASAT 8-Nowcast" of the Japan Weather Association.
- the receiving unit 53 outputs the received predicted power generation amount to the storage unit 67.
- the receiving unit 53 may receive an operator's instruction (hereinafter, referred to as a floating / sinking command) input via an input interface (not shown) in a management center or the like via a network.
- the input interface for example, a mouse, a keyboard, a trackball, a switch, a button, a joystick, a touch pad, a touch panel display and the like can be appropriately used.
- the receiving unit 53 outputs the received predicted power generation amount to the control unit 65.
- the posture sensor 55 detects the posture of the gantry 5.
- the posture sensor 55 is mounted at a plurality of places in the frame structure of the gantry 5, for example.
- the posture sensor 55 is realized by, for example, a water pressure sensor, a horizontal sensor, an inclination sensor, or the like.
- the posture sensor 55 detects the degree of inclination of the gantry 5 with respect to the horizontal as the posture of the gantry 5.
- the posture sensor 55 outputs the detection result regarding the posture of the gantry 5 to the control unit 65.
- the position sensor 57 measures the water depth position of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device, and detects the position of the gantry 5 between the seabed 13 directly below the gantry 5 and the water surface 11.
- the position sensor 57 is mounted at least one place on the gantry 5, for example, on the bottom surface of the gantry 5.
- the position sensor 57 is realized by, for example, an ultrasonic sensor or a water pressure sensor.
- An ultrasonic sensor transmits ultrasonic waves toward the seabed 13 and receives ultrasonic waves reflected by the seabed 13 to detect a distance from the seabed 13 to the gantry 5 (hereinafter referred to as an underwater distance).
- the water pressure sensor measures the distance from the water surface 11 that the gantry 5 has settled (hereinafter referred to as the settling distance) based on the water pressure.
- An ultrasonic sensor may be further provided on the upper surface of the gantry 5.
- the ultrasonic sensor transmits ultrasonic waves toward the water surface 11 and receives the ultrasonic waves reflected by the water surface 11 to receive the ultrasonic waves reflected on the water surface 11. Detects the water depth of.
- the water pressure sensor is realized by, for example, a pressure sensor, and detects the settling distance of the gantry 5 at the time of the settling. At this time, the pressure sensor also serves as the attitude sensor 55.
- the position sensor 57 outputs the position of the gantry 5, that is, the underwater distance or the settling distance to the control unit 65.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device may be equipped with either a position sensor 57 or an attitude sensor 55.
- the shaking sensor 59 detects the shaking of the gantry 5.
- the sway sensor 59 is mounted at at least one place on the gantry 5.
- the shaking sensor 59 is realized by, for example, an acceleration sensor or an ultrasonic sensor.
- the shaking sensor 59 outputs a detection result regarding the shaking of the gantry 5 to the control unit 65.
- the measurement of the shaking by the shaking sensor 59 is always executed.
- an acceleration sensor is used as the shaking sensor 59
- the degree of shaking corresponds to acceleration.
- an ultrasonic sensor is used as the shaking sensor 59
- the degree of shaking corresponds to a change in the distance from the gantry 5 to the seabed 13.
- the rope winder 61 drives a motor mounted on the rope winder 61 under the control of the control unit 65 to wind the rope 9 or send out the rope 9.
- the rope winder 61 is mounted on the gantry 5 in a total number corresponding to, for example, the number of anchors 7, that is, the number of ropes 9. It should be noted that a plurality of rope winders 61 may wind and feed one rope 9. Further, the rope winder 61 may be installed on land. At this time, a pulley through which the rope 9 is passed is provided at the end of the anchor 7, and the rope 9 connects the rope winder 61 and the bottom of the gantry 5 via the pulley. In such a situation, the rope winder 61 winds up the rope 9 and sends out the rope 9, and the gantry 5 rises and falls.
- the gantry 5 After settling, the gantry 5 is moored at the anchor 7.
- the anchor 7 is a fixed leg 8 that secures stability when landing regardless of the state of the bottom 13, avoids damage to the device due to undulations and undulations of the bottom 13, and protects the bottom environment and organisms. The function of may be replaced. Further, the anchor 7 has a fishing reef function and can conserve organisms.
- the control unit 65 controls the operation of the entire floating / sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device based on the weather prediction information received via the reception unit 53.
- the control unit 65 may control the operation of the entire floating / sinking photovoltaic power generation device 1 with a traction device according to the predicted power generation amount and the floating / sinking command received via the receiving unit 53.
- the control unit 65 may generate weather prediction information based on the weather data received via the reception unit 53. Further, the control unit 65 may generate weather prediction information based on the output from a weather sensor such as a barometric pressure sensor and a thermo-hygrometer attached to the gantry 5.
- the control unit 65 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Memory), etc. And have.
- a processor such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Memory), etc. And have.
- control unit 65 Functions related to various calculations executed by the control unit 65 are stored in the storage unit 67 in the form of a program that can be executed by a computer.
- the control unit 65 is a processor that realizes a function corresponding to each program by reading a program from the storage unit 67 and executing the program. In other words, the processor in the state where each program is read has a function corresponding to the read program.
- the control unit 65 includes an integrated circuit (Application Specific Integrated Circuit: ASIC) for a specific application, a field programmable gate array (Field Programmable Gate Array: FPGA), and another composite programmable logic device (Complex Programmable). ), A simple programmable logic device (Simple Programmable Logical Device: SPLD) or the like may be realized.
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- FPGA Field Programmable Gate Array
- SPLD Simple Programmable Logical Device
- the control unit 65 controls the ascent of the gantry 5 and the subsidence of the gantry 5 based on the weather forecast information or the ups and downs command. Specifically, the control unit 65 controls the traction device 60 with respect to the subsidence of the gantry 5 from above the water surface 11 into the water based on the weather prediction information received by the reception unit 53. For example, the control unit 65 calculates a load value indicating a load on the gantry 5 based on the weather prediction information.
- the load value is, for example, a constant multiple such as twice or three times the wave height (for example, significant wave height) in the weather forecast information, and is a value larger than the significant wave height.
- the control unit 65 extracts the wave forecast from the weather forecast information provided by Kokusai Meteorological Ocean Co., Ltd. and the like.
- the wave forecast has data on the significant wave height in the area where the gantry 5 is installed.
- the control unit 65 calculates the load value by multiplying the significant wave height by a predetermined constant (such as 2 or 3 above).
- a predetermined constant is set in advance and stored in the storage unit 67.
- the predetermined constant can be appropriately set and changed via an input interface or the like.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the sedimentation of the gantry 5 when the calculated load value is equal to or greater than the load threshold value corresponding to the upper limit of the load of the gantry 5.
- the load threshold value is set by designing the gantry 5 according to the size of the gantry 5, the installation location of the gantry 5, and the like.
- the load threshold value corresponds to, for example, the maximum wave height that the gantry 5 can withstand and is stored in the storage unit 67.
- the load threshold is, for example, 5 m.
- the load threshold value can be appropriately set and changed via an input interface or the like.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the sedimentation of the gantry 5 regardless of the magnitude of the load value.
- the control unit 65 floats and sinks with respect to the subsidence of the gantry 5 when the sway of the gantry 5 output by the sway sensor 59 is equal to or higher than the sway threshold corresponding to the upper limit of the sway, or when it is expected to be equal to or higher than the sway threshold.
- the operating device 6 is operated. That is, when the shaking of the gantry 5 is expected to be equal to or higher than the shaking threshold value or equal to or higher than the shaking threshold value, the control unit 65 may control the rope winder 61 with respect to the sedimentation of the gantry 5 regardless of the magnitude of the load value. ..
- the shaking threshold value is set by designing the gantry 5 according to the size of the gantry 5, the installation location of the gantry 5, and the like, and is stored in the storage unit 67.
- the shaking threshold corresponds to shaking to the extent that the gantry 5 and the solar panel 511 do not turn over.
- the fluctuation threshold can be appropriately set and changed via an input interface or the like. Further, the shaking threshold value may be the same as the load threshold value.
- the control unit 65 may calculate the predicted value of the shaking of the gantry 5 after a lapse of a predetermined time from the present based on the past and present outputs from the shaking sensor 59. For example, the control unit 65 calculates the predicted value by extrapolation approximation (first-order approximation or second-order approximation) using the magnitude of the shaking at a time point past the current time. The control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the sedimentation of the gantry 5 when the predicted value is equal to or higher than the swing threshold value.
- control unit 65 may control the rope winder 61 with respect to the subsidence of the gantry 5 from above the water surface 11 into the water according to the floating / sinking command received by the receiving unit 53. Further, when the receiving unit 53 receives an instruction such as not selling power or suppressing power generation as a response from the selling destination to the measured power generation amount, the control unit 65 sets the rope winder 61 with respect to the subsidence of the gantry 5. You may control it.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the ascent of the gantry 5 from the water onto the water surface 11 based on the predicted power generation amount by the power generation unit 51 based on the weather prediction information and the weather prediction information. Specifically, the control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the floating of the gantry 5 when the calculated load value is less than the load threshold value and the predicted power generation amount is equal to or more than the power generation threshold value.
- the power generation threshold corresponds to the difference between the power consumption consumed by the ascent of the gantry 5 and the subsidence of the gantry 5 and the standby power consumption due to the standby of the gantry 5 in water.
- the power generation threshold is determined from the power consumption of the rope winder 61 in one ascent of the gantry 5 and one subsidence of the gantry 5, and the rope winder 61 due to the standby of the gantry 5 in water. Corresponds to the difference value obtained by subtracting the standby power due to such factors.
- the power generation threshold value may be the above power consumption. Further, the power generation threshold value can be appropriately set and changed via an input interface or the like.
- control unit 65 may calculate the predicted power generation amount based on the sunshine duration, the amount of sunshine, the temperature, etc. in the weather prediction information and the direction and angle of the solar panel 511. Since the existing calculation method can be used for the calculation of the predicted power generation amount, the description thereof will be omitted. Further, the predicted power generation amount may be calculated by CECRE (Control Center for Renewable Energy; central control center specializing in renewable energy) or the like, similarly to the output prediction model SIPREOLICO of wind power generation.
- CECRE Control Center for Renewable Energy; central control center specializing in renewable energy
- an ultrasonic sensor arranged on the upper surface of the gantry 5 submerged in water may detect the wave height.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the floating of the gantry 5.
- the control unit 65 may control the rope winder 61 with respect to the floating of the gantry 5 from the water onto the water surface 11 in accordance with the floating / sinking command received by the receiving unit 53.
- the control unit 65 controls the floating / sinking operation device 6 so that the gantry 5 is in a horizontal state based on the attitude of the gantry 5 or the output from the attitude sensor 55.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the posture of the gantry 5 is in a substantially horizontal state based on the output from the posture sensor 55.
- the control unit 65 determines whether or not the output from the posture sensor 55 is included in the range indicating the horizontal state (hereinafter, referred to as the horizontal range).
- the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range.
- the control corresponds to level adjustment using a spirit level (level or level).
- the horizontal range corresponds, for example, to the distance between two marked lines (reference lines) on the spirit level.
- control unit 65 may control the rope winder 61 according to the settling speed of the gantry 5 and the ascent speed of the gantry 5.
- the ascent speed and the settling speed are set in advance according to the design of the gantry 5 according to the size of the gantry 5 and the installation location of the gantry 5, and are stored in the storage unit 67.
- the control unit 65 adjusts the speed at which the rope 9 is sent out from the rope winder 61 (hereinafter, referred to as a sending speed) according to the ascending speed of the gantry 5 when the gantry 5 is ascended. Controls the rope winder 61. For example, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the ascent speed and the delivery speed are substantially the same. Further, the control unit 65 adjusts the speed at which the rope 9 is wound by the rope winder 61 (hereinafter referred to as the winding speed) according to the settling speed of the frame 5 when the frame 5 is settled. Controls the winder 61. For example, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the settling speed and the winding speed are substantially the same.
- the control unit 65 may determine whether or not the position of the gantry 5 has reached a predetermined water depth in the sedimentation of the gantry 5 based on the output from the position sensor 57.
- the predetermined water depth is stored in the storage unit 67 in advance.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the rope winder 61 from winding the rope 9 at the predetermined water depth in response to the position of the gantry 5 reaching the predetermined water depth. do.
- the gantry 5 is moored in water via the buoyancy of the gantry 5 and the rope 9.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a traction device provides a certain distance between the gantry 5 and the water bottom 13 at the time of landing regardless of the state of the water bottom 13, ensuring the stability of the gantry 5 and ensuring the stability of the water bottom 13. Avoid damage due to undulations and undulations, and also conserve the underwater environment and organisms.
- an independent anchor 7 not connected to the fixed leg 8 or the rope 9 shown in FIG. 9 may be installed on the bottom 13 of the water. In this case, it is more preferable that the anchor 7 has a fishing reef function and enhances the conservation of living organisms.
- the storage unit 67 is a storage device such as an HDD (Hard disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or an integrated circuit storage device that stores various information.
- the storage unit 67 can be used with portable storage media such as CDs (Compact Discs), DVDs (Digital Why Discs), and flash memories, and semiconductor memory elements such as RAMs (Random Access Memory). It may be realized by a drive device or the like that reads and writes various information between them.
- the storage unit 67 stores a program that realizes various calculation functions executed by the control unit 65.
- the storage unit 67 stores the weather prediction information received by the reception unit 53.
- the storage unit 67 stores the predicted power generation amount received by the reception unit 53.
- the storage unit 67 may store a program for calculating the predicted power generation amount.
- the storage unit 67 stores the predicted power generation amount calculated by the control unit 65.
- the storage unit 67 stores the output from the attitude sensor 55, the output from the position sensor 57, and the output from the shaking sensor 58.
- the storage unit 67 stores the past output from the shaking sensor 59 together with the detection time.
- the storage unit 67 stores a program for calculating the predicted value of shaking.
- the storage unit 67 stores a power generation threshold value, a predetermined constant, a load threshold value, a delay time, a shaking threshold value, a horizontal range, and the like.
- the storage unit 67 may store the ascent rate, the settling speed, and a predetermined water depth.
- the floating / sinking solar power generation device 1 with a traction device executes the floating / sinking operation of the gantry 5 according to the weather prediction information or the floating / sinking command.
- the procedure of the sedimentation operation in which the gantry 5 located on the water surface 11 sinks into the water will be described.
- the procedure of the ascending operation in which the gantry 5 located in the water floats toward the water surface 11 will be described.
- 3 and 4 are flowcharts showing an example of the procedure of the settling operation.
- the receiving unit 53 receives the weather forecast information in the area where the gantry 5 is installed via the network.
- the receiving unit 53 stores the weather prediction information in the storage unit 67.
- the control unit 65 determines whether or not there is a forecast of lightning or hail in the weather forecast information.
- Step S302 If there is a forecast of lightning or hail in the weather forecast information (Yes in step S302), the process of step S308 is executed. If there is no forecast of lightning or hail in the weather forecast information (No in step S302), the process of step S303 is executed.
- Step S303 The control unit 65 determines whether or not the current shaking of the gantry 5 is equal to or higher than the shaking threshold value based on the output from the shaking sensor 59. If the current sway of the gantry 5 is equal to or greater than the sway threshold (Yes in step S303), the process of step S308 is executed. If the current sway of the gantry 5 is less than the sway threshold (No in step S303), the process of step S304 is executed.
- Step S304 The control unit 65 reads the past and present outputs from the shaking sensor 59 from the storage unit 67. The control unit 65 uses these read outputs for extrapolation approximation to calculate a predicted value of shaking after a lapse of a predetermined time from the present.
- Step S305 The control unit 65 determines whether or not the calculated predicted value is equal to or greater than the fluctuation threshold value. If the predicted value is equal to or greater than the fluctuation threshold value (Yes in step S305), the process of step S308 is executed. If the predicted value is less than the fluctuation threshold value (No in step S305), the process of step S306 is executed.
- Step S306 The control unit 65 calculates the load value based on the weather prediction information received by the reception unit 53. Specifically, the control unit 65 calculates the load value by multiplying the significant wave height in the weather prediction information by a predetermined constant.
- Step S307 The control unit 65 determines whether or not the calculated load value is equal to or higher than the load threshold value. If the load value is equal to or greater than the load threshold value (Yes in step S307), the process of step S308 is executed. If the load value is less than the load threshold value (No in step S307), the process of step S301 is executed.
- Step S308 The control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the sedimentation of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the rope 9 is wound by the rope winder 61. As a result, the gantry 5 starts to settle toward the seabed 13 according to the winding amount of the rope 9.
- a floating / sinking command related to "settling of the gantry 5" is input via the input interface, such as pressing a switch button related to "settling of the gantry 5" in the input interface, the sinking operation starts from this step.
- Step S309 The control unit 65 determines whether the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range.
- the horizontal range corresponds to a predetermined angle range centered on 0 °.
- the process of step S311 is executed. If the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S309), the process of step S310 is executed.
- Step S310 The control unit 65 controls the rope winder 61 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. For example, when a plurality of rope winders 61 are provided on the gantry 5, the control unit 65 changes the winding speed of the rope 9 by at least one rope winder 61 so that the gantry 5 is in a horizontal state. Let me. As a result, the winding amount of the rope 9 changes. By this step, the horizontal state of the gantry 5 is maintained in the subsidence operation of the gantry 5.
- the gantry 5 has a structure in which the gantry 5 itself can maintain horizontality by providing the gantry 5 with buoyancy functions at a plurality of locations, or by providing a plurality of ropes 9. If so, it can be excluded.
- Step S311 The control unit 65 determines whether or not the gantry 5 has reached a predetermined water depth based on the output from the position sensor 57. The control unit 65 may make the determination based on the winding amount of the rope 9 by the rope winding machine 61. When the gantry 5 reaches a predetermined water depth (Yes in step S311), the process of step S312 is executed. When the gantry 5 has not reached a predetermined water depth (No in step S311), the processes of steps S309 to S311 are repeated.
- Step S312 The control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the winding of the rope 9. As a result, the winding of the rope 9 by the rope winding machine 61 is stopped.
- the sedimentation operation of the gantry 5 is completed, and the gantry 5 is moored underwater or on the seabed 13.
- FIG. 5 is a flowchart showing an example of the procedure of the ascent operation.
- the receiving unit 53 receives the weather forecast information and the predicted power generation amount in the area where the gantry 5 is installed via the network.
- the receiving unit 53 stores the weather prediction information and the predicted power generation amount in the storage unit 67.
- the control unit 65 determines whether or not there is a forecast of lightning or hail in the weather forecast information.
- Step S502 If there is a forecast of lightning or hail in the weather forecast information (Yes in step S502), the process of step S501 is executed. If there is no forecast of lightning or hail in the weather forecast information (No in step S502), the process of step S503 is executed.
- the ultrasonic sensor When an ultrasonic sensor is arranged on the upper surface of the gantry 5, the ultrasonic sensor constantly detects the wave height while the gantry 5 is moored in water. At this time, the storage unit 67 stores the past output from the ultrasonic sensor, that is, the wave height, together with the detection time.
- the control unit 65 determines whether or not the detected wave height is equal to or higher than the load threshold value. If the detected wave height is equal to or greater than the load threshold value, the process of step S501 is executed. If the detected wave height is less than the load threshold, the process of step S503 is executed.
- control unit 65 reads the past and present wave heights from the ultrasonic sensor from the storage unit 67.
- the control unit 65 uses these read wave heights for extrapolation approximation to calculate a predicted value of the wave height after a lapse of a predetermined time from the present (hereinafter, referred to as a wave height estimation value).
- the control unit 65 determines whether or not the estimated wave height is equal to or greater than the load threshold value. If the wave height estimate is equal to or greater than the load threshold, the process of step S501 is executed. If the crest height estimate is less than the load threshold, the process of step S503 is executed.
- the control unit 65 may determine whether or not the value obtained by multiplying the estimated wave height by a predetermined constant is equal to or greater than the load threshold value.
- Step S503 The control unit 65 calculates the load value based on the weather prediction information received by the reception unit 53. Since this step is the same process as step S306, the description thereof will be omitted.
- Step S504 The control unit 65 determines whether or not the calculated load value is less than the load threshold value. If the load value is less than the load threshold value (Yes in step S504), the process of step S505 is executed. If the load value is equal to or greater than the load threshold value (No in step S504), the process of step S501 is executed.
- Step S505 The control unit 65 determines whether or not the predicted power generation amount is equal to or higher than the power generation threshold value. When the predicted power generation amount is not received via the receiving unit 53, the control unit 65 calculates the predicted power generation amount based on the weather prediction information prior to the determination. If the predicted power generation amount is equal to or higher than the power generation threshold value (Yes in step S505), the process of step S506 is executed. If the predicted power generation amount is less than the power generation threshold value (No in step S505), the process of step S501 is executed.
- Step S506 The control unit 65 controls the rope winder 61 with respect to the floating of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the rope 9 is sent out from the rope winder 61.
- the gantry 5 floats due to its own buoyancy according to the amount of the rope 9 sent out.
- a float / sink command regarding "float of the gantry 5" is input via the input interface, such as pressing a switch button regarding "float of the gantry 5" in the input interface, the ascent operation starts from this step.
- Step S507 The control unit 65 determines whether the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range. Since this step is the same as the process of step S309, the description thereof will be omitted. When the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range (Yes in step S507), the process of step S509 is executed. If the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S507), the process of step S508 is executed.
- Step S508 The control unit 65 controls the rope winder 61 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. Since this step is the same as the process of step S310, the description thereof will be omitted. Similar to step S309 and step S310, in step S507 and step S508, the gantry 5 itself can be maintained horizontal by providing the gantry 5 with buoyancy functions at a plurality of locations, or by providing a plurality of ropes 9. If the gantry 5 has a structure, it can be excluded.
- Step S509 The control unit 65 determines whether or not the gantry 5 has reached the water surface 11 based on the output from the position sensor 57. The control unit 65 may make the determination based on the amount of the rope 9 sent out from the rope winder 61.
- the process of step S510 is executed.
- the processes of steps S507 to S509 are repeated.
- Step S510 The control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the feeding of the rope 9. As a result, the feeding of the rope 9 by the rope winder 61 is stopped.
- the ascending operation of the gantry 5 is completed, and the gantry 5 is moored on the water surface 11.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 has a power generation unit 51 that generates power by sunlight, can float and sink between the water surface 11 and the water, and the gantry 5 itself or the float. It has a pedestal 5 that supports the power generation unit 51 connected to the gantry and a floating / sinking operation device 6 as a traction device 60 that floats and sinks the pedestal 5, and the pedestal 5 is submerged in water to prevent damage due to weather. Specifically, the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 controls the ascent of the gantry 5 and the subsidence of the gantry 5 based on the weather prediction information or the ups and downs command.
- control unit 65 in the floating / sinking photovoltaic power generation device 1 controls the floating / sinking operation device 6 with respect to the subsidence of the gantry 5 from above the water surface 11 into the water based on the weather prediction information, and is based on the weather prediction information. Based on the predicted power generation amount by the power generation unit 51 and the weather prediction information, the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the ascent of the gantry 5 from the water onto the water surface 11.
- the gantry 5 can be settled based on the weather forecast information, and the gantry 5 can be levitated based on the predicted power generation amount and the weather forecast information.
- the load value is calculated based on the weather prediction information, and when the load value is equal to or more than the load threshold value, the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the subsidence of the gantry 5, and the load is loaded.
- the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the ascent of the gantry 5.
- the load value is calculated by multiplying the significant wave height in the weather prediction information by a predetermined constant larger than 1.
- the load value is calculated by multiplying the significant wave height by using a predetermined constant as a safety factor (safety coefficient).
- safety coefficient safety coefficient
- the floating / sinking type photovoltaic power generation device 1 when the weather forecast information includes the forecast of lightning or hail, the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the subsidence of the gantry 5. As a result, according to the floating-sink type photovoltaic power generation device 1, it is possible to prevent damage or damage to the solar panel 511 due to lightning or hail.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 when the shaking of the gantry 5 detected by the shaking sensor 59 is equal to or higher than the shaking threshold value, or the shaking of the gantry 5 is expected to be equal to or higher than the shaking threshold value. If there is, the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the subsidence of the gantry 5. Further, according to the present floating / sinking type photovoltaic power generation device 1, the predicted value of the shaking of the gantry 5 after a lapse of a predetermined time from the present is calculated based on the past and present outputs from the shaking sensor 59, and the predicted value is shaken.
- the floating / sinking operation device 6 is controlled with respect to the subsidence of the gantry 5.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 not only the weather prediction information but also the current shaking by actual measurement and the predicted value of shaking based on the actual measurement can cause the gantry 5 to settle, and the current shaking can be settled. It is possible to prevent damage, breakage, and curling of the gantry 5 and the solar panel 511 due to the shaking predicted by the actual measurement.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 it is determined whether or not the position of the gantry 5 has reached a predetermined water depth in the subsidence of the gantry 5 based on the output from the position sensor 57. Then, when the position of the gantry 5 reaches a predetermined water depth, the rope winder 61 is controlled so as to stop the winding of the rope 9 by the rope winder 61. As a result, according to the floating-sink type photovoltaic power generation device 1, the gantry 5 can be moored at an arbitrary water depth set in advance even when the water depth is large.
- the floating / sinking operation device 6 is set so that the posture of the gantry 5 becomes horizontal based on the output from the attitude sensor 55 or the posture of the gantry 5. Control.
- the posture of the gantry 5 can be maintained in a horizontal state, and the gantry 5 can be safely floated and sunk.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 when there is a risk of damage, damage or curling of the gantry 5 or the solar panel 511, the gantry 5 is settled and these If there is no fear and the amount of power generation is larger than the power consumption, the gantry 5 can be levitated. That is, the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 can settle in bad weather, strong winds and waves, and can ascend in fine weather and calm suitable for power generation.
- this floating-sink type photovoltaic power generation device 1
- the risk of damage, damage and curling due to weather is reduced, that is, damage due to weather is prevented, maintenance cost due to repair is reduced, and equipment can be used for a long period of time.
- the power generation efficiency can be improved.
- a second embodiment is to use at least one elevator as the floating / sinking operation device 6.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 according to the second embodiment will be referred to as a floating-sink type photovoltaic power generation device with an elevator.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of the appearance of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with an elevator floating on the water surface 11 and the appearance of the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with an elevator that sank near the seabed (bottom surface, water bottom) 13.
- the floating / sinking solar power generation device 1 with an elevator shown in FIG. 6 has an elevator 62 for floating / sinking the gantry 5 as a floating / sinking operation device 6.
- the gantry 5 in the floating / sinking solar power generation device 1 with an elevator can float / sink between the water surface 11 and the seabed 13 by the movement of the gantry 5 by the elevator 62.
- the lower end of the elevator 62 is fixed to the seabed 13.
- the upper end of the elevator 62 projects above the water surface 11.
- the elevator 62 supports the outer edge of the gantry 5 and supports the gantry 5 so as to be movable along the vertical direction. Since the existing configuration can be used for the configuration of the elevator 62, the description thereof will be omitted.
- the elevator 62 floats and sinks the gantry 5 between the water surface 11 and the seabed 13 under the control of the control unit 65.
- the fixed legs 8 and the rope 9 shown in FIG. 9 should be used to maintain a certain distance.
- Independent anchors that are not connected may be installed on the bottom 13 of the water.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with an elevator provides a certain distance between the gantry 5 and the water bottom 13 at the time of landing regardless of the state of the water bottom 13 to ensure the stability of the gantry 5 and the undulations and undulations of the water bottom 13. Achieves avoidance of damage by objects and, in addition, conservation of the underwater environment and organisms.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with an elevator shown in FIG. 6 has four elevators 62, but is not limited thereto. That is, the floating / sinking solar power generation device 1 with an elevator has at least one elevator 62.
- the elevator 62 is provided, for example, at the center of gravity of the gantry 5.
- the plurality of elevators 62 are connected to, for example, an outer edge portion of the gantry 5 at a position symmetrical with respect to the center of gravity portion of the gantry 5.
- FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation in the present embodiment.
- FIG. 7 shows a processing procedure performed after Yes in each of steps S302, S303, S305 and S307 in FIG.
- Step S701 The control unit 65 controls the elevator 62 with respect to the sedimentation of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 controls the elevator 62 so that the elevator 62 sinks the gantry 5 toward the seabed 13. As a result, the gantry 5 starts to settle toward the seabed 13.
- Step S702 When the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range (Yes in step S702), the process of step S704 is executed.
- step S703 When the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S702), the process of step S703 is executed. Since the processing content in this step is substantially the same as that in step S309 of FIG. 3, the description thereof will be omitted. Similar to steps S309 and S310, steps S702 and S703 can withstand the water flow to the gantry 5, the inclination of the gantry 5 due to the vortex flow at the time of ups and downs, the force against the horizontal movement or the oblique movement of the gantry 5. If the elevator 62 has a strong structure, it can be excluded.
- Step S703 The control unit 65 controls the elevator 62 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. For example, when a plurality of elevators 62 are provided on the gantry 5, the control unit 65 changes the settling speed of the gantry 5 by at least one elevator 62 so that the gantry 5 is in a horizontal state. By this step, the horizontal state of the gantry 5 is maintained in the subsidence operation of the gantry 5.
- Step S704 When the gantry 5 reaches a predetermined water depth (Yes in step S704), the process of step S705 is executed. When the gantry 5 has not reached a predetermined water depth (No in step S704), the processes of steps S702 to S704 are repeated. Since the processing content in this step is substantially the same as that in step S311 of FIG. 3, the description thereof will be omitted.
- Step S705 The control unit 65 controls the elevator 62 so as to stop the movement (that is, settling) of the gantry 5 by the elevator 62. As a result, the sedimentation of the gantry 5 is stopped.
- the sedimentation operation of the gantry 5 is completed, and the gantry 5 is moored underwater or on the seabed 13.
- FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the ascent operation.
- the power generation threshold used in the present embodiment is based on the power consumption of the elevator 62 in one ascending of the gantry 5 and one subsidence of the gantry 5, and the standby by the elevator 62 or the like accompanying the standby of the gantry 5 in water. Corresponds to the difference value obtained by subtracting the power.
- the power generation threshold value in the present embodiment may be the power consumption of the elevator 62 in one ascending of the gantry 5 and one subsidence of the gantry 5.
- Step S806 The control unit 65 controls the elevator 62 with respect to the levitation of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 controls the elevator 62 so that the gantry 5 floats toward the water surface 11. The elevator 62 moves the gantry 5 toward the water surface 11. As a result, the gantry 5 starts to ascend.
- Step S807 When the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range (Yes in step S807), the process of step S809 is executed. When the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S807), the process of step S808 is executed. Since this step is the same process as step S507, the description thereof will be omitted.
- Step S808 The control unit 65 controls the elevator 62 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. Since this step is the same as the process of step S703, the description thereof will be omitted. Similar to steps S702 and S703, steps S807 and S808 can withstand the water flow to the gantry 5, the inclination of the gantry 5 due to the vortex flow at the time of ups and downs, the force against the horizontal movement or the oblique movement of the gantry 5. If the elevator 62 has a strong structure, it can be excluded.
- Step S809 When the gantry 5 reaches the surface of the water 11 (Yes in step S809), the process of step S810 is executed. When the gantry 5 does not reach the water surface 11 (No in step S809), the processes of steps S807 to S809 are repeated.
- Step S810 The control unit 65 controls the elevator 62 so that the elevator 62 stops the movement of the gantry 5. As a result, the ascent of the gantry 5 by the elevator 62 is stopped. By the above processing, the ascending operation of the gantry 5 is completed, and the gantry 5 is moored on the water surface 11.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 has a power generation unit 51 that generates power by sunlight, can float and sink between the water surface 11 and the water, and the gantry 5 itself or the float. It has a pedestal 5 that supports the power generation unit 51 connected to the gantry, and a floating / sinking operation device 6 as an elevator 62 that floats / sinks the pedestal 5. Since the effect in this embodiment is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
- a third embodiment is to use a buoyancy compensator as the floating / sinking operation device 6.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 according to the third embodiment will be referred to as a floating-sink type photovoltaic power generation device with a buoyancy regulator.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of the appearance of the floating / sinking photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy compensator floating on the water surface 11 and the appearance of the floating / sinking photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy compensator sunk near the sea floor 13. be.
- the floating / sinking type photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy compensator can float / sink between the water surface 11 and the seabed 13 by adjusting the buoyancy by the buoyancy regulator 63.
- the anchor 7 is not limited to a member connected to the pile head of the foundation pile fixed to the seabed 13, and may be, for example, a floating / sinking gravity anchor using buoyancy by a buoyancy tank (not shown).
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy regulator can be freely moved, for example, via a towing vessel by floating the anchor 7 by the buoyancy in the buoyancy tank.
- a movable motor with a propeller may be mounted instead of the anchor 7.
- the fixed legs 8 are provided with a certain distance between the gantry 5 and the water bottom 13 at the time of landing regardless of the state of the water bottom 13, to ensure stability at the time of landing, and to ensure stability when the water bottom 13 is undulated. It has a fixed leg function that avoids damage and protects the underwater environment and organisms. When a plurality of fixed legs 8 are used and the floating / sinking type photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy adjuster is installed in a place where the water bottom 13 is slanted, the lengths are fixed according to the state of the water bottom 13.
- the floating / sinking solar power generation device 1 with the buoyancy regulator can be kept horizontal even at the time of landing.
- Independent anchors 7 that are not connected to fixed legs 8 or ropes 9 may be installed on the bottom 13 to maintain a certain distance, in which case the anchors 7 have a reef function and enhance the conservation of organisms. Those are more preferable.
- the buoyancy compensator 63 can be installed at any position such as the side surface of the gantry 5. Although the gantry 5 does not have the buoyancy to float the entire floating-sink type photovoltaic power generation device 1 with the buoyancy adjuster on the water surface 11, it is desirable that the gantry 5 has a certain degree of buoyancy. For example, the buoyancy acting on the gantry 5 on the water surface 11 is such that the sum of the buoyancy of the gantry 5 and the buoyancy generated by the buoyancy regulator 63 is larger than the weight of the entire buoyancy compensator-equipped photovoltaic power generator 1 installed on the water. It will be big.
- the buoyancy adjuster 63 adjusts the buoyancy of the gantry 5 under the control of the control unit 65.
- the buoyancy regulator 63 includes a water pressure resistant pump (compressor) 631, a water pressure resistant hose 633, and a balloon 635.
- the water pressure resistant hose 633 connects the water pressure resistant pump 631 and the balloon 635.
- the water pressure resistant pump 631 may be provided on land as a normal pump having no water pressure resistance.
- the water pressure resistant pump 631 sends air to the balloon 635 via the water pressure resistant hose 633 when the floating and sinking type photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy adjuster from the seabed 13 to the water surface 11 floats. As a result, the balloon 635 expands, and buoyancy related to levitation is generated on the gantry 5.
- the water pressure resistant pump 631 degass from the balloon 635 via the water pressure resistant hose 633 when the floating and sinking type photovoltaic power generation device 1 with a buoyancy regulator from the water surface 11 to the seabed 13 is settled.
- the balloon 635 contracts, and the combined buoyancy of the gantry 5 and the buoyancy adjuster 63 becomes less than the neutral buoyancy.
- Neutral buoyancy is buoyancy in a state where it does not float or sink unless an external force is applied in water.
- the gantry 5 sinks toward the seabed 13 due to its own weight.
- the number of buoyancy compensators 63 mounted on the gantry 5 is not limited to one, and may be plural.
- the structure of the buoyancy compensator 63 is not limited to the structure shown in FIG. 2, and is composed of a structure that mechanically, physically, and chemically changes the volume of a closed container such as a balloon 635 to adjust the buoyancy. May be good.
- the control unit 65 controls the rope winder 61 so as to start winding the rope 9 at the same time or later than the start of the settling of the gantry 5. Further, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the rope 9 is sent out later than the start time of the ascent of the gantry 5.
- the delay time for starting winding and feeding of the rope 9 is stored in advance in the storage unit 67. The delay time is, for example, about 1/10 to 1/100 of the duration of the ascending operation of the gantry 5 or the duration of the sinking operation of the gantry 5.
- control unit 65 may control the rope winder 61 according to the settling speed of the gantry 5 and the ascent speed of the gantry 5.
- the ascent speed and the settling speed are set in advance according to the design of the gantry 5 according to the size of the gantry 5 and the installation location of the gantry 5, and are stored in the storage unit 67.
- the ascent rate and the settling speed can be appropriately set and changed via an input interface or the like. Further, the ascent speed and the settling speed may be calculated by the control unit 65 based on the output from the ultrasonic sensor or the pressure sensor.
- control unit 65 controls the rope winder 61 so as to adjust the delivery speed according to the ascent speed of the gantry 5. For example, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the ascent speed and the delivery speed are substantially the same. Further, the control unit 65 controls the rope winder 61 so as to adjust the winding speed according to the settling speed of the gantry 5. For example, the control unit 65 controls the rope winder 61 so that the settling speed and the winding speed are substantially the same.
- the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 in response to the position of the gantry 5 reaching a predetermined water depth. Specifically, the control unit 65 controls the buoyancy regulator 63 so that the buoyancy of the gantry 5 at a predetermined water depth becomes a neutral buoyancy that the buoyancy 5 does not float or sink when an external force is not applied to the buoyancy 5. .. The control unit 65 controls the buoyancy regulator 63 so that the buoyancy of the gantry 5 becomes larger than the neutral buoyancy at the predetermined water depth in response to the position of the gantry 5 reaching the predetermined water depth. You may. At this time, the gantry 5 will be moored in the water via the rope 9. The control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the rope 9 from being wound by the rope winder 61 when the position of the gantry 5 reaches a predetermined water depth.
- FIG. 10 is a flowchart showing an example of the procedure of the settling operation in the present embodiment.
- FIG. 10 shows a processing procedure performed after Yes in each of steps S302, S303, S305 and S307 in FIG.
- the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 with respect to the sedimentation of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 lowers the buoyancy by the buoyancy regulator 63, and causes the buoyancy 5 to settle by its own weight. More specifically, the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 so as to reduce the volume of the volume variable body. More specifically, the control unit 65 reduces the volume of the balloon 635 by controlling the degassing from the balloon 635. As a result, the buoyancy in the gantry 5 is reduced, and the gantry 5 starts to settle.
- Step S1002 The rope winder 61 starts winding the rope 9 under the control of the control unit 65 at the same time or after a delay time elapses from the time when the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63. At this time, the control unit 65 may control the rope winder 61 so that the settling speed and the winding speed of the rope 9 are the same.
- Step S1003 When the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range (Yes in step S1003), the process of step S1005 is executed. If the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S1003), the process of step S1004 is executed. Since the processing content in this step is substantially the same as that in step S309 of FIG. 3, the description thereof will be omitted.
- Step S1004 The control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. For example, when a plurality of balloons 635 are provided on the gantry 5, the control unit 65 changes the volume of at least one balloon so that the gantry 5 is in a horizontal state. By this step, the horizontal state of the gantry 5 is maintained in the subsidence operation of the gantry 5.
- Step S1005 Based on the output from the position sensor 57, the control unit 65 determines whether or not the position of the gantry 5 has reached a predetermined water depth in the subsidence of the gantry 5, and stops the floating / sinking operation device 6. When the gantry 5 reaches a predetermined water depth (Yes in step S1005), the process of step S1006 is executed. When the gantry 5 has not reached a predetermined water depth (No in step S1005), the processes of steps S1003 to S1005 are repeated. Since the processing content in this step is substantially the same as that in step S311 of FIG. 3, the description thereof will be omitted.
- Step S1006 The control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the winding of the rope 9. As a result, the winding of the rope 9 by the rope winding machine 61 is stopped.
- the control unit 65 may control the buoyancy regulator 63 so that the buoyancy of the gantry 5 becomes larger than the neutral buoyancy when the winding of the rope 9 is stopped.
- FIG. 11 is a flowchart showing an example of the procedure of the ascent operation.
- the power generation threshold used in the present embodiment is based on the power consumption of the buoyancy compensator 63 and the rope winder 61 in the one-time ascent of the gantry 5 and the one-time subsidence of the gantry 5, and the gantry 5 in water. Corresponds to the difference value obtained by the difference between the standby powers of the buoyancy compensator 63 and the rope winder 61, etc.
- the power generation threshold value in the present embodiment may be the power consumption of the buoyancy compensator 63 and the rope winder 61 for one ascent of the gantry 5 and one subsidence of the gantry 5.
- the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 with respect to the levitation of the gantry 5. Specifically, the control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 so as to increase the volume of the volume variable body. More specifically, the control unit 65 increases the volume of the balloon 635 by controlling the delivery of air to the balloon 635. As a result, the buoyancy of the gantry 5 increases, and the gantry 5 starts to ascend.
- Step S1107 The rope winder 61 starts feeding the rope 9 under the control of the control unit 65 at the same time or after a delay time elapses from the time when the control to the buoyancy regulator 63 by the control unit 65 is executed. At this time, the control unit 65 may control the rope winder 61 so that the ascent speed and the delivery speed of the rope 9 are the same.
- Step S1108 When the output from the attitude sensor 55 is included in the horizontal range (Yes in step S1108), the process of step S1110 is executed. If the output from the attitude sensor 55 is not included in the horizontal range (No in step S1108), the process of step S1109 is executed. Since this step is the same process as step S507, the description thereof will be omitted.
- Step S1109 The control unit 65 controls the buoyancy compensator 63 so that the posture of the gantry 5 is horizontal based on the output from the posture sensor 55. Since this step is the same as the process of step S1004, the description thereof will be omitted.
- Step S1110 The control unit 65 determines whether or not the gantry 5 has reached the water surface 11 based on the output from the position sensor 57. The control unit 65 may make the determination based on the amount of the rope 9 delivered by the rope winder 61. When the gantry 5 reaches the surface of the water 11 (Yes in step S1110), the process of step S1111 is executed. When the gantry 5 does not reach the water surface 11 (No in step S1110), the processes of steps S1108 to S1110 are repeated.
- Step S1111 The control unit 65 controls the rope winder 61 so as to stop the feeding of the rope 9. As a result, the feeding of the rope 9 by the rope winder 61 is stopped.
- the ascending operation of the gantry 5 is completed, and the gantry 5 is moored on the water surface 11.
- the buoyancy of a gantry 5 having a power generation unit 51 that generates electricity by sunlight and capable of floating and sinking between the water surface 11 and the water is subjected to a floating and sinking operation. It is adjusted by the buoyancy regulator 63 as the device 6. Further, according to the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 according to the third embodiment, the rope winder 61 is controlled so as to start winding the rope 9 later than the start time of the settling of the frame 5, and the frame 5 The rope winder 61 is controlled so as to start feeding the rope 9 later than the start time of ascending.
- the buoyancy compensator 1 it is determined whether or not the position of the gantry 5 has reached a predetermined water depth in the subsidence of the gantry 5 based on the output from the position sensor 57. Then, when the position of the gantry 5 reaches a predetermined water depth, the buoyancy adjuster 63 is controlled so that the buoyancy of the gantry 5 becomes larger than the neutral buoyancy at the predetermined water depth, and the rope 9 by the rope winder 61 is controlled.
- the rope winder 61 is controlled so as to stop the winding of the rope.
- the gantry 5 can be moored at an arbitrary water depth set in advance even when the water depth is large. Since the other effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
- the technical idea of the present embodiment may be realized as a floating-sink type photovoltaic power generation system having a receiving unit 53 and a control unit 65 installed on land and a floating-sink type photovoltaic power generation device 1.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 in the floating-sink type photovoltaic power generation system does not include a receiving unit 53 and a control unit 65, and further has a transmitting / receiving unit that performs bidirectional communication with the control unit 65.
- the transmission / reception unit transmits the output of the attitude sensor 55, the position sensor 57, and the shaking sensor 59 and the data stored in the storage unit 67 to the control unit 65. Further, the transmission / reception unit receives various control signals output from the control unit 65.
- the transmission / reception unit outputs the received control signal to each unit to be controlled. Since the operation, processing, effect, etc. in the floating-sink type photovoltaic power generation system are the same as those in the embodiment, the description thereof will be omitted.
- the floating / sinking operation device 6 in this application example is to have a traction device 60 or an elevator 62 and a buoyancy adjuster 63. That is, the present application example is to combine the buoyancy compensator 63 with the first embodiment, or to combine the buoyancy compensator 63 with the second embodiment.
- the settling motion and the floating / sinking motion in this application example can be realized by combining the control of the buoyancy compensator 63 with the settling motion and the floating motion in the embodiment relating to the combination.
- the buoyancy regulator 63 only needs to be able to change the buoyancy, and is not limited to the neutral buoyancy of the gantry 5. Therefore, regarding the settling operation and the ascending operation, the processing peculiar to this application example will be described below.
- step S308 or step S701 the control unit 65 controls the buoyancy regulator 63 so as to weaken the buoyancy so that the buoyancy of the gantry 5 becomes the maximum neutral buoyancy. Subsequently, the control unit 65 drives the rope winder 61 or the elevator 62 in the traction device 60. As a result, the sedimentation operation is started.
- the power generation threshold value in this application example corresponds to the power generation threshold value described in the third embodiment.
- the power generation threshold is set in water from the power consumption of the elevator 62 and the buoyancy compensator 63 in one time of ascent of the gantry 5 and one time of subsidence of the gantry 5.
- the power generation threshold value in the present embodiment may be the power consumption of the elevator 62 and the buoyancy regulator 63 in one ascending of the gantry 5 and one subsidence of the gantry 5.
- step S506 or step S806 the control unit 65 controls the buoyancy regulator 63 so that the buoyancy of the gantry 5 exceeds the neutral buoyancy. Subsequently, the control unit 65 drives the rope winder 61 or the elevator 62 in the traction device 60. As a result, the ascending operation is started.
- the floating-sink type photovoltaic power generation device there is a power generation unit 51 that generates electric power by sunlight, and a pedestal 5 that can float and sink between the water surface 11 and the water and a traction that floats and sinks the pedestal 5.
- a floating / sinking operation device 6 having a device 60 or an elevator 62 and a buoyancy adjuster 63 for adjusting the buoyancy of the gantry 5 of the device installed on the water surface 11 is provided, and the electric power generated by the power generation unit 51 is supplied from above the water surface 11. Supply.
- the buoyancy of the gantry 5 is reduced to the neutral buoyancy when the gantry 5 is subsided, and the buoyancy of the gantry 5 is reduced to the neutral buoyancy when the gantry 5 is levitated.
- the buoyancy regulator 63 can be controlled to exceed.
- the motor capacity in the traction device 60 or the motor capacity in the elevator 62 can be reduced, and further, the seabed 13 in the anchor 7 or the elevator 62.
- the ability to fix to is reduced.
- the size of the traction device 60 or the elevator 62, the size of the anchor 7, and the like can be reduced, and the manufacturing cost of the floating-sink type solar power generation device can be reduced. It can be reduced.
- An application example is to realize a floating-sink type photovoltaic power generation system in which a plurality of pedestals 5 in the floating-sink type photovoltaic power generation device 1 described in the embodiment are connected by a pedestal connecting frame.
- the gantry connecting frame connects a plurality of pedestals corresponding to the plurality of floating and sinking photovoltaic power generation devices 1.
- the plurality of control units corresponding to the plurality of floating-sink type photovoltaic power generation devices 1 operate in conjunction with each other.
- the plurality of control units may be realized as one control unit 65.
- the control unit 65 in the floating / sinking photovoltaic power generation system controls the floating / sinking operation device 6 for each of the pedestals to perform the floating / sinking of the gantry connecting frame (that is, a plurality of pedestals) and the posture control of the pedestal connecting frame.
- the connecting body of the gantry in the floating-sink type photovoltaic power generation system has a honeycomb structure. Since the operation, processing, effect, etc. in the floating-sink type photovoltaic power generation system are the same as those in the embodiment, the description thereof will be omitted.
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Abstract
本実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、太陽光により発電を行う発電部を有し、水面上と水中との間で浮沈可能であって、架台自体もしくはフロートと連結した前記発電部を支持する架台と、前記架台を浮沈させる牽引装置または昇降機と浮力を調整する浮力調整器とのうち少なくとも一つを有する浮沈動作装置と、を備えることを特徴とし、前記水中へ前記架台を沈降することにより、天候による破損を防止することを特徴とする。
Description
本明細書の実施形態は、水上に太陽光発電装置を設置するに際し、悪天候から太陽光発電装置を保護するための浮沈式太陽光発電装置に関する。
従来、海洋、河川、湖、池、ダム、人工池や水溜の水上へ太陽光発電装置を設置するため、フロートの上に太陽電池パネルを設置する水上発電装置が開発されている。水上設置用太陽光発電装置およびその連結体に関して、特許文献1では、太陽光パネルを保持する水上フロート機能を持つ架台に表皮シートを巻き付けて連結する技術がある。当該技術において、水上設置用太陽光発電装置およびその連結体が、風および波浪に耐える強度を保つには、必要な巻き付け量、接着強度が求められ、工数がかかる問題がある。また、特許文献2では、錘付き架台に関して、風、波浪に対して「まくれ」を低減する方策として重心位置の下側に錘体を設ける技術がある。当該技術において、風および波浪の耐性を上げるには錘体の重量を増やす必要がある。このため、架台の浮力をさらに上げる必要があり、結果、大掛かりな装置になる問題がある。また、特許文献3と特許文献4では、水上太陽光発電装置および水上支柱の設置方法に関する技術では、支柱を用いて風および波浪による移動を防いでいる。しかしながら、悪天候による太陽光発電装置の損傷または破損、風および波浪にて「まくれ」を防止することはできない問題がある。
従来技術では、悪天候、風および波浪による損傷または破損と、水上の太陽光発電装置に固有の現象として端のパネルから裏返ってしまう、いわゆる「まくれ」を防止する根本的な解決はなされていない。水上の太陽光発電装置では、損傷、破損およびまくれを防止するために、装置の強度を上げると、重量増のためにさらに浮力が必要となる。このとき、浮力を上げるために体積が大きくなり、体積が大きくなった分さらに強度を上げる必要が再度発生する。この結果、水上の太陽光発電装置では、大掛かりなシステムとなる問題がある。また、想定された風および波浪に対する強度設計を行っても、想定を上回った悪天候、風および波浪が発生した場合、水上の太陽光発電装置において、損傷、破損およびまくれを招くことになる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、強風および波浪時において沈降し、晴天および凪時には浮上する浮沈式太陽光発電装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、太陽光により発電を行う発電部を有し、水面上と水中との間で浮沈可能であって、架台自体もしくはフロートと連結した前記発電部を支持する架台と、前記架台を浮沈させる牽引装置または昇降機と、浮力を調整する浮力調整器とのうち少なくとも一つを有する浮沈動作装置と、を具備することを特徴とし、前記水中へ前記架台を沈降することにより、天候による破損を防止すること、を特徴とする。なお、架台は、浮力を有していてもよい。架台に備わる浮力は、架台自体の素材や空間の全部または一部に水以下の密度を持たせること、船舶のように水に浮く構造設計、発電部に浮力を持たせること、もしくは「浮き」や「フロート」と呼ばれる浮力を持つ機能を備えたものの装備、などにより実現される。
本発明の実施形態に関わる浮沈式太陽光発電装置では一つ以上のアンカーに連結したロープをロープ巻き取り機にて巻き取ることで、架台を沈降させ、ロープ巻き取り機から当該ロープを開放することにより架台を浮上させること、または水底に固定された1つ以上の昇降機にて架台を浮沈させることを特徴とする。もしくは、本発明の実施形態に関わる浮沈式太陽光発電装置では、水面上に設置された装置の浮力を、装置に対して外力が加わらないとき装置が浮沈しない中性浮力を挟んで増減可能に調整する浮力調整器により、中性浮力より浮力を小さくさせて架台を沈降させ、中性浮力より浮力を大きくすることで架台を浮上させることを特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、気象予測情報または浮沈指令に基づいて、前記架台の浮上と前記架台の沈降とを制御する制御部をさらに有することを特徴とする。例えば、本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置における制御部は、気象状況や、気象情報と発電量の予測に基づいて前記浮沈動作装置を制御することを特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置では、前記制御部が、前記架台が設置された地域における気象予測情報に基づいて前記架台への負荷を示す負荷値を計算し、前記負荷値が前記負荷の上限に対応する負荷閾値以上である場合、前記沈降に関して前記浮沈動作装置を制御し、前記負荷値が前記負荷閾値未満であって、前記浮上と前記沈降とにより消費される消費電力と前記水中での前記架台の待機による待機電力との差分を発電閾値として前記予測発電量が前記発電閾値を超えた場合、前記浮上に関して前記浮沈動作装置を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置では、前記制御部が、前記気象予測情報における有義波高に、1より大きい所定の定数を乗じることにより、前記負荷値を計算すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置では、前記制御部が、前記気象予測情報において雷や雹の予報が含まれる場合、前記沈降に関して前記浮沈動作装置を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、前記架台の揺れを検出する揺れセンサをさらに有し、前記制御部が、前記揺れが前記揺れの上限に対応する揺れ閾値以上である場合、前記沈降に関して前記浮沈動作装置を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置では、前記制御部が、発電量の揺らぎや、搭載された姿勢センサ、位置センサ、揺れセンサのいずれか1つ以上の過去および現在の出力に基づいて、現在から所定時間経過後における前記揺れの予測値を計算し、前記予測値が前記揺れ閾値を超えた場合、前記沈降に関して前記浮沈動作装置を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、前記架台の位置決めに関するアンカーと前記架台とを結ぶロープの巻き取りまたは前記ロープの送り出しを実行するロープ巻き取り機をさらに有し、前記制御部が、前記沈降の開始時点より遅れて前記ロープの巻き取りを開始するように、前記ロープ巻き取り機を制御し、前記浮上の開始時点より遅れて前記ロープの送り出しを開始するように、前記ロープ巻き取り機を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、前記架台に固定脚を備え、水底の状態にかからず着床した際の安定性確保と、水底の起伏や起伏物による装置の破損の回避、水底環境、生物の保全をする機能を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、水底へ着床して待機させる以外に、水圧による水深測定、または前記架台の直下の底面と前記水面との間において、前記架台の位置を検出する位置センサをさらに有し、前記制御部が、前記位置センサからの出力に基づいて、前記沈降において前記位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、前記位置が前記所定の水深に到達したことに応答して、前記所定の水深において前記架台の浮力が、前記架台に対して外力が加わらないとき前記架台が浮沈しない中性浮力より大きい浮力になるように、前記浮力調整器を制御し、前記位置が前記所定の水深に到達した場合、前記ロープ巻き取り機による前記ロープの巻き取りを停止するように前記ロープ巻き取り機を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、前記架台の姿勢を検出する姿勢センサをさらに有し、前記制御部が、前記姿勢センサからの出力に基づいて、前記姿勢が水平状態となるように前記浮沈動作装置を制御すること、を特徴とする。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置によれば、悪天候や強風および波浪時において沈降し、晴天および凪時には浮上することにより、雷、雹、風および波浪による浮沈式太陽光発電装置の損傷や破損およびまくれを防止することができる。
本発明の実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置は、悪天候や強風および波浪時において沈降し、晴天および凪時には浮上することができる。
以下、図面を参照しながら、浮沈式太陽光発電装置の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、浮沈式太陽光発電装置1は、水面上と水中との間で浮沈可能な架台5と、架台5を浮沈させる浮沈動作装置6とを有する。なお、架台5は、浮力を有していてもよい。架台5に備わる浮力は、架台5自体の素材や空間の全部または一部に水以下の密度を持たせること、船舶のように水に浮く構造設計、発電部51に浮力を持たせること、もしくは「浮き」や「フロート」と呼ばれる浮力を持つ機能を備えた物の装備、などにより実現される。浮沈動作装置6は、架台5を浮沈させる牽引装置または昇降機と、浮力を調整する浮力調整器とのうち少なくとも一つを有する。本実施形態では、浮沈動作装置6は、牽引装置を有するものとして説明する。牽引装置については、後程説明する。架台5は、発電部51と、受信部53と、姿勢センサ55と、位置センサ57と、揺れセンサ59と、制御部65と、記憶部67と、を有する。なお、浮沈動作装置6の少なくとも一部は、架台5に設けられてもよい。
図1は、本実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、浮沈式太陽光発電装置1は、水面上と水中との間で浮沈可能な架台5と、架台5を浮沈させる浮沈動作装置6とを有する。なお、架台5は、浮力を有していてもよい。架台5に備わる浮力は、架台5自体の素材や空間の全部または一部に水以下の密度を持たせること、船舶のように水に浮く構造設計、発電部51に浮力を持たせること、もしくは「浮き」や「フロート」と呼ばれる浮力を持つ機能を備えた物の装備、などにより実現される。浮沈動作装置6は、架台5を浮沈させる牽引装置または昇降機と、浮力を調整する浮力調整器とのうち少なくとも一つを有する。本実施形態では、浮沈動作装置6は、牽引装置を有するものとして説明する。牽引装置については、後程説明する。架台5は、発電部51と、受信部53と、姿勢センサ55と、位置センサ57と、揺れセンサ59と、制御部65と、記憶部67と、を有する。なお、浮沈動作装置6の少なくとも一部は、架台5に設けられてもよい。
送電ケーブル52は、陸地などに設置された送電網または蓄電池と、発電部51とを接続する。なお、送電ケーブル52は、浮沈式太陽光発電装置1の近傍に停泊する船舶における給電用のコネクタと、発電部51とを接続してもよい。送電ケーブル52により、浮沈式太陽光発電装置1は、水面上から所望の供給先に、発電部51により発電された電力を供給する。
送電ケーブル52には、例えば、鉛直方向に向けて数珠状に連なる複数の錘が設けられる。このとき、架台5の沈降にしたがって、数珠状の複数の錘は、下端の錘から水底に順次到達する。このため、架台5の沈降時において、錘の段階的な水底への到達に応じて、架台5を沈める力は段階的に低減する。受信部53は、有線無線を問わず、各種ネットワークに電気通信的に接続される。架台5における各種構成要素については、後程説明する。
以下説明を具体的にするために、浮沈式太陽光発電装置1は、海に設置されるものとする。なお、浮沈式太陽光発電装置1の設置場所は、海に限定されず、河川、湖、池、ダム、人工池や水溜など、浮沈式太陽光発電装置1を沈降可能な場所であればいかなる場所であってもよい。
図2は、水面11上に浮かぶ浮沈式太陽光発電装置1の外観と、海底(底面、水底)13近傍に沈んだ浮沈式太陽光発電装置1の外観との一例を示す図である。図2に示す浮沈式太陽光発電装置1は、浮沈動作装置6として、架台5を浮沈させる牽引装置60を有する。以下、本実施形態における浮沈式太陽光発電装置1を牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置と呼ぶ。牽引装置60は、海底13に固定されたアンカー7と、アンカー7に一端が接続されたロープ9と、ロープ9の他端を巻き取りおよび送り出し可能なロープ巻き取り機61とを有する。
図2に示す牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、4つの牽引装置60を有するが、これに限定されない。すなわち、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、少なくとも一つの牽引装置60を有する。複数の牽引装置60が浮沈式太陽光発電装置1に設けられる場合、架台5の浮沈に関して複数のロープ9が用いられる。このため、複数の牽引装置60における複数のロープ巻き取り機61は、架台5の沈降に関して同長のロープ9を巻き取り、架台5の浮上に関して同量のロープ9を送り出す。また、一つの牽引装置60が牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1に設けられる場合、ロープ巻き取り機61は、例えば、架台5の重心部分に設けられる。また、複数の牽引装置60が牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1に設けられる場合、複数のロープ巻き取り機61は、例えば、架台5の重心部分に対して対称的な位置に設けられる。
架台5の形状においては、沈降時には架台5の下側の水を架台5の上部の垂直方向へ逃がし、浮上時には架台5の上部の水を架台5の下面の垂直方向へ逃すために、穴あき構造が望ましく、穴の面積が大きいほど垂直に浮沈させやすい。さらに、沈降時に架台5の下面においては、四角錐や円錐状等の下部が細くなる凸構造により、下側の水を前後左右へ均等に逃がし、水平を保ちやすくする構造が望ましい。
図2における矢印に示すように、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りとロープ9の送り出しとにより、水面11と海底13との間で浮沈可能である。架台5は、骨組み構造を有する。架台5の骨組み構造の中心部分には、例えば、制御部65、記憶部67等が据え付けられる。なお、z方向から見た架台5の形状は矩形に限定されず、例えば、3角形や6角形であってもよい。このとき、6つの太陽光パネル511が、6辺それぞれに対応して配置され、6角形の中心部分に制御部65、記憶部67等が据え付けられる。
アンカー7は、架台5の位置決めに関して海底13に固定される。アンカー7の端部には、ロープ9が接続される。ロープ9は、ロープ巻き取り機61による動作により巻き取り可能、または送り出し可能に、ロープ巻き取り機61と接続される。アンカー7の総数は、2つ以上が好ましく、3つ以上がさらに好ましい。架台5が有する浮力とロープ9の張力とにより、浮沈時の架台5の水平性確保と水流による移動を抑制し、且つ、水中での安定した係留が可能となる。
もしくは、沈降後、架台5の浮力が小さく、水の流れによって海底13と架台5とが直接接触する恐れがある場合には、アンカー7にて架台5は係留される。これにより、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、水底13の状態にかからず着床時に架台5と水底13とに一定の距離を持たせることができ、架台5の安定性確保と、水底13の起伏や起伏物による破損の回避と、加えて水底環境および生物の保全とを実現する。一定の距離を保つために後述の図9に示す固定脚8やロープ9と連結していない独立したアンカー7が水底13に設置されてもよい。この場合、アンカー7は、漁礁機能を備え、生物の保全を高めたものがさらに好ましい。
発電部51は、例えば、少なくとも一つの太陽光パネル511と、太陽光パネル511により生成された電力を集める集電機と、集電機により集められた電力を送電可能な電力に変換するパワーコンディショナーユニット(power conditioner unit(以下、PCUと呼ぶ))とを有する。発電部51は、太陽光パネル511により生成された電力を、PCUを介して、送電網、蓄電池または船舶などへ供給する。なお、PCUは、陸地に設置されてもよい。このとき、発電部51は、太陽光パネル511と集電機とを有することとなり、集電機により集電された電力を、送電ケーブル52を介して陸地に設置されたPCUへ供給する。また、PCUは、電流・電圧センサを有していてもよい。このとき、発電部51は、太陽光パネル511により発電された発電量を、電流・電圧センサにより計測し、計測された発電量を、例えば、不図示の送信機により売電先のサーバに出力する。
受信部53は、架台5が設置された地域における気象予測情報を、ネットワークを介して受信する。受信部53は、受信された気象予測情報を、記憶部67に出力する。気象予測情報とは、例えば、気象予報、波浪予報、津波警報などである。気象予測情報は、例えば、日本気象協会におけるアメダス日射量推定「SYNFOS-solar/ SYNFOS-solar 1kmメッシュ」、気象衛星による日射量予測「SOLASAT-Nowcast / SOLASAT 8-Nowcast / SOLASAT 8-Now」、世界の気象衛星画像情報「SOLASAT-Global」を利用した独自予測、その他天気予報(時間帯、10日、降水確率、風、波)、長期予報、雨雲予報、豪雨レーダ、PM2.5分布予測、雷(予報)などである。
なお、気象予測情報は、上記に限定されず、国際気象海洋株式会社提供の予測情報における波浪、風、界面流速などであってもよい。また、気象予測情報は、気象庁発表の予想データ、アメダスによる降水量、積雪、風向風速、日照時間であってもよい。また、気象予測情報は、Jコーポレーション(気象庁データとPLUM法)からの地震、津波情報を有してもよい。
なお、受信部53は、発電部51による発電量の予測量(以下、予測発電量と呼ぶ)を、ネットワークを介して受信してもよい。予測発電量は、例えば、日本気象協会の「SOLASAT 8-Nowcast」による発電量予測のデータである。受信部53は、受信された予測発電量を、記憶部67に出力する。また、受信部53は、ネットワークを介して、管理センターなどにおける不図示の入力インターフェースを介して入力された操作者の指示(以下、浮沈指令と呼ぶ)を受信してもよい。入力インターフェースとしては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能である。受信部53は、受信された予測発電量を、制御部65に出力する。
姿勢センサ55は、架台5の姿勢を検出する。姿勢センサ55は、例えば、架台5の骨組み構造の複数個所に搭載される。姿勢センサ55は、例えば、水圧センサ、水平センサ、傾斜センサなどにより実現される。姿勢センサ55は、架台5の姿勢として、水平に対する架台5の傾きの程度を検出する。姿勢センサ55は、架台5の姿勢に関する検出結果を、制御部65に出力する。
位置センサ57は、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1の水深位置を測定するもので、架台5の直下の海底13と水面11との間において、架台5の位置を検出する。位置センサ57は、架台5における少なくとも一つの個所、例えば、架台5の底面に搭載される。位置センサ57は、例えば、超音波センサや水圧センサにより実現される。超音波センサは、海底13に向けて超音波を送信し、海底13で反射された超音波を受信することにより、海底13から架台5までの距離(以下、水中距離と呼ぶ)を検出する。水圧センサは、水圧に基づいて、水面11から架台5が沈降した距離(以下、沈降距離と呼ぶ)を測定する。
なお、超音波センサは、架台5の上面にさらに設けられてもよい。このとき、超音波センサは、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1の沈降時において、水面11に向けて超音波を送信し、水面11で反射された超音波を受信することにより、架台5の水深を検出する。水圧センサは、例えば、圧力センサにより実現され、当該沈降時における架台5の沈降距離を検出する。このとき、圧力センサは、姿勢センサ55を兼ねることとなる。位置センサ57は、架台5の位置、すなわち水中距離または沈降距離を制御部65に出力する。なお、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、位置センサ57と姿勢センサ55とのうちいずれか一方を搭載してもよい。
揺れセンサ59は、架台5の揺れを検出する。揺れセンサ59は、架台5における少なくとも一つの個所に搭載される。揺れセンサ59は、例えば、加速度センサや超音波センサなどにより実現される。揺れセンサ59は、架台5の揺れに関する検出結果を、制御部65に出力する。揺れセンサ59による揺れの計測は、常時実行される。揺れセンサ59として加速度センサが用いられた場合、揺れの程度は、加速度に相当する。また、揺れセンサ59として超音波センサが用いられた場合、揺れの程度は、架台5から海底13までの距離の変化に相当する。
ロープ巻き取り機61は、制御部65により制御のもとで、自身に搭載されたモータを駆動し、ロープ9の巻き取りまたはロープ9の送り出しを実行する。ロープ巻き取り機61は、例えば、アンカー7の数すなわちロープ9の数に対応する総数で、架台5に搭載される。なお、複数のロープ巻き取り機61により、一つのロープ9に対して巻き取りおよび送り出しが実施されてもよい。また、ロープ巻き取り機61は、陸地に設置されてもよい。このとき、アンカー7の端部には、ロープ9が通された滑車が設けられ、ロープ9は、当該滑車を介してロープ巻き取り機61と架台5の底部とを接続する。これらのような状況で、ロープ巻き取り機61により、ロープ9の巻き取りとロープ9の送り出しが実行され、架台5は浮沈する。
沈降後、架台5は、アンカー7にて係留される。アンカー7は、水底13の状態にかからず着床した際の安定性確保と、水底13の起伏や起伏物による装置の破損の回避と、水底環境および生物の保全とを実現する固定脚8の機能を、代替してもよい。さらに、アンカー7は、漁礁機能を有し、生物を保全することも可能である。
制御部65は、受信部53を介して受信された気象予測情報に基づいて、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1全体の動作を制御する。制御部65は、受信部53を介して受信された予測発電量や浮沈指令に従って、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1全体の動作を制御してもよい。なお、制御部65は、受信部53を介して受信された気象データに基づいて、気象予測情報を生成してもよい。また、制御部65は、架台5に付帯された気圧センサおよび温湿度計などの気象センサからの出力に基づいて、気象予測情報を生成してもよい。これらの場合、気象予測情報は制御部65により生成されるため、受信部53による気象予測情報の受信は不要となる。制御部65は、ハードウェア資源として、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサとROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等のメモリとを有する。
制御部65において実行される各種計算に関する機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶部67へ記憶されている。制御部65は、記憶部67からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態のプロセッサは、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。
なお、制御部65は、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA)、他の複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)などのプロセッサにより実現されてもよい。
制御部65は、気象予測情報または浮沈指令に基づいて、架台5の浮上と架台5の沈降とを制御する。具体的には、制御部65は、受信部53により受信された気象予測情報に基づいて、水面11上から水中への架台5の沈降に関して牽引装置60を制御する。例えば、制御部65は、気象予測情報に基づいて架台5への負荷を示す負荷値を計算する。負荷値とは、例えば、気象予測情報における波の高さ(例えば、有義波高)の2倍や3倍などの定数倍であって、有義波高より大きい値である。
具体的には、制御部65は、国際気象海洋株式会社などの提供による気象予測情報から波浪予報を抽出する。波浪予報は、架台5が設置された地域における有義波高のデータを有する。制御部65は、有義波高に、1より大きい所定の定数(上記2や3など)を乗じることにより、負荷値を算出する。所定の定数は、予め設定され、記憶部67に記憶される。なお、所定の定数は、入力インターフェース等を介して、適宜設定、変更可能である。
制御部65は、計算された負荷値が架台5の負荷の上限に対応する負荷閾値以上である場合、架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御する。負荷閾値は、架台5の大きさや架台5の設置場所等に応じた架台5の設計により設定される。負荷閾値は、例えば、架台5が耐えうる最大の波高に相当し、記憶部67に記憶される。負荷閾値は、例えば5mなどである。なお、負荷閾値は、入力インターフェース等を介して、適宜設定、変更可能である。なお、制御部65は、気象予測情報において雷や雹の予報が含まれる場合、負荷値の大きさに関わらず、架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御する。
制御部65は、揺れセンサ59により出力された架台5の揺れが、当該揺れの上限に対応する揺れ閾値以上である場合、または揺れ閾値以上になる見込みがあった場合、架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を作動させる。すなわち、制御部65は、架台5の揺れが揺れ閾値以上または揺れ閾値以上の見込みである場合、負荷値の大きさに関わらず、架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御してもよい。揺れ閾値は、架台5の大きさや架台5の設置場所等に応じた架台5の設計により設定され、記憶部67に記憶される。揺れ閾値は、架台5や太陽光パネル511がまくれない程度の揺れに相当する。なお、揺れ閾値は、入力インターフェース等を介して、適宜設定、変更可能である。また、揺れ閾値は、負荷閾値と同等であってもよい。
制御部65は、揺れセンサ59からの過去および現在の出力に基づいて、現在から所定時間経過後における架台5の揺れの予測値を計算してもよい。例えば、制御部65は、現時刻より過去の時点における揺れの大きさを用いた外挿近似(1次近似や2次近似)により、予測値を計算する。制御部65は、予測値が揺れ閾値以上である場合、架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御する。
なお、制御部65は、受信部53により受信された浮沈指令に従って、水面11上から水中への架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御してもよい。また、計測された発電量に対する売電先からの応答として、売電不可や発電抑制等の指示を受信部53が受信した場合、制御部65は、架台5の沈降に関してロープ巻き取り機61を制御してもよい。
制御部65は、気象予測情報に基づく発電部51による予測発電量と気象予測情報とに基づいて、水中から水面11上への架台5の浮上に関してロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、計算された負荷値が負荷閾値未満であって予測発電量が発電閾値以上である場合、架台5の浮上に関してロープ巻き取り機61を制御する。発電閾値は、架台5の浮上と架台5の沈降とにより消費される消費電力と水中での架台5の待機による待機電力との差分に相当する。
具体的には、発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおけるロープ巻き取り機61の消費電力から、水中での架台5の待機に伴うロープ巻き取り機61などによる待機電力を差分した差分値に対応する。なお、発電閾値は、上記消費電力であってもよい。また、発電閾値は、入力インターフェース等を介して、適宜設定、変更可能である。
なお、制御部65は、気象予測情報における日照時間、日照量、気温などと太陽光パネル511の方角及び角度等とに基づいて、予測発電量を計算してもよい。予測発電量の計算は、既存の計算手法を用いることができるため、説明は省略する。また、予測発電量は、風力発電の出力予測モデルSIPREOLICOと同様に、CECRE(Control Center for Renewable Energies;再生エネルギー専門の中央制御センター)などにより計算されてもよい。
また、水中に沈められた架台5の上面に配置された超音波センサは、波高を検出してもよい。このとき、制御部65は、検出された波高が負荷閾値未満であって予測発電量が発電閾値以上である場合、架台5の浮上に関してロープ巻き取り機61を制御する。なお、制御部65は、受信部53により受信された浮沈指令に従って、水中から水面11上への架台5の浮上に関してロープ巻き取り機61を制御してもよい。
制御部65は、架台5の姿勢または姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5が水平状態となるように浮沈動作装置6を制御する。例えば、制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が略水平状態となるように、ロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、姿勢センサ55からの出力が、水平状態を示す範囲(以下、水平範囲と呼ぶ)に、含まれているか否かを判定する。制御部65は、姿勢センサ55からの出力が水平範囲に含まれるように、ロープ巻き取り機61を制御する。当該制御は、水準器(水平器またはレベル)を用いたレベルの調整に対応する。水平範囲は、例えば、水準器における2本の標線(基準線)の間隔に対応する。当該制御により、水面11上、浮上中および沈降中において、架台5の略水平状態は維持される。
なお、制御部65は、架台5の沈降速度と架台5の浮上速度とに応じて、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。浮上速度と沈降速度とは、架台5の大きさや架台5の設置場所等に応じた架台5の設計により、予め設定され、記憶部67に記憶される。
具体的には、制御部65は、架台5の浮上時における架台5の浮上速度に応じて、ロープ巻き取り機61からロープ9を送り出す速度(以下、送出速度と呼ぶ)を調整するように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、制御部65は、浮上速度と送出速度とが略同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御する。また、制御部65は、架台5の沈降時における架台5の沈降速度に応じて、ロープ巻き取り機61によりロープ9を巻き取る速度(以下、巻き取り速度と呼ぶ)を調整するように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、制御部65は、沈降速度と巻き取り速度とが略同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御する。
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5の沈降において、架台5の位置が所定の水深に到達したか否かを判定してもよい。所定の水深は、予め記憶部67に記憶される。制御部65は、架台5の位置が所定の水深に到達したことに応答して、所定の水深においてロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。このとき、架台5は、架台5の浮力とロープ9とを介して水中に係留されることとなる。
沈降後、架台5の浮力が小さく、水の流れによって海底13と架台5が直接接触する恐れがある場合には、アンカー7にて架台5は係留される。このとき、牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、水底13の状態にかからず着床時に架台5と水底13に一定の距離を持たせ、架台5の安定性確保と、水底13の起伏や起伏物による破損の回避と、加えて水底環境および生物の保全を実現する。一定の距離を保つために図9に示す固定脚8やロープ9と連結していない独立したアンカー7が水底13に設置されてもよい。この場合、アンカー7は、漁礁機能を備え、生物の保全を高めたものがさらに好ましい。
記憶部67は、種々の情報を記憶するHDD(Hard disk Drive)やSSD(Solid State Drive)、集積回路記憶装置等の記憶装置である。記憶部67は、HDDやSSD等以外にも、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体や、RAM(Random Access Memory)等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等で実現されてもよい。
記憶部67は、制御部65により実行される各種計算の機能を実現するプログラムを記憶する。記憶部67は、受信部53により受信された気象予測情報を記憶する。記憶部67は、受信部53により受信された予測発電量を記憶する。なお、記憶部67は、予測発電量を計算するプログラムを記憶してもよい。このとき、記憶部67は、制御部65により計算された予測発電量を記憶する。記憶部67は、姿勢センサ55からの出力、位置センサ57からの出力、および揺れセンサ58からの出力を記憶する。例えば、記憶部67は、揺れセンサ59からの過去の出力を、検出時刻とともに記憶する。また、記憶部67は、揺れの予測値を計算するプログラムを記憶する。記憶部67は、発電閾値、所定の定数、負荷閾値、遅延時間、揺れ閾値、および水平範囲などを記憶する。なお、記憶部67は、浮上速度と沈降速度と所定の水深とを記憶してもよい。
以上、実施形態に係る牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1の全体構成について説明した。かかる構成のもと、実施形態に係る牽引装置付き浮沈式太陽光発電装置1は、気象予測情報または浮沈指令により架台5の浮沈動作を実行する。まず、水面11上に位置する架台5が水中に向けて沈降する沈降動作の手順について説明する。次いで、水中に位置する架台5が水面11に向けて浮上する浮上動作の手順について説明する。図3および図4は、沈降動作の手順の一例を示すフローチャートである。
(沈降動作)
(ステップS301)
受信部53は、架台5が設置された地域における気象予測情報を、ネットワークを介して受信する。受信部53は、気象予測情報を、記憶部67に記憶させる。制御部65は、気象予測情報において雷や雹の予報の有無を判定する。
(ステップS301)
受信部53は、架台5が設置された地域における気象予測情報を、ネットワークを介して受信する。受信部53は、気象予測情報を、記憶部67に記憶させる。制御部65は、気象予測情報において雷や雹の予報の有無を判定する。
(ステップS302)
気象予測情報において雷や雹の予報があれば(ステップS302のYes)、ステップS308の処理が実行される。気象予測情報において雷や雹の予報が無ければ(ステップS302のNo)、ステップS303の処理が実行される。
気象予測情報において雷や雹の予報があれば(ステップS302のYes)、ステップS308の処理が実行される。気象予測情報において雷や雹の予報が無ければ(ステップS302のNo)、ステップS303の処理が実行される。
(ステップS303)
制御部65は、揺れセンサ59からの出力に基づいて、現在の架台5の揺れが揺れ閾値以上であるか否かを判定する。架台5における現在の揺れが揺れ閾値以上であれば(ステップS303のYes)、ステップS308の処理が実行される。架台5における現在の揺れが揺れ閾値未満であれば(ステップS303のNo)、ステップS304の処理が実行される。
制御部65は、揺れセンサ59からの出力に基づいて、現在の架台5の揺れが揺れ閾値以上であるか否かを判定する。架台5における現在の揺れが揺れ閾値以上であれば(ステップS303のYes)、ステップS308の処理が実行される。架台5における現在の揺れが揺れ閾値未満であれば(ステップS303のNo)、ステップS304の処理が実行される。
(ステップS304)
制御部65は、揺れセンサ59からの過去および現在の出力を、記憶部67から読み出す。制御部65は、読み出されたこれらの出力を外挿近似に用いて、現在から所定時間経過後の揺れの予測値を計算する。
制御部65は、揺れセンサ59からの過去および現在の出力を、記憶部67から読み出す。制御部65は、読み出されたこれらの出力を外挿近似に用いて、現在から所定時間経過後の揺れの予測値を計算する。
(ステップS305)
制御部65は、計算された予測値が揺れ閾値以上であるか否かを判定する。予測値が揺れ閾値以上であれば(ステップS305のYes)、ステップS308の処理が実行される。予測値が揺れ閾値未満であれば(ステップS305のNo)、ステップS306の処理が実行される。
制御部65は、計算された予測値が揺れ閾値以上であるか否かを判定する。予測値が揺れ閾値以上であれば(ステップS305のYes)、ステップS308の処理が実行される。予測値が揺れ閾値未満であれば(ステップS305のNo)、ステップS306の処理が実行される。
(ステップS306)
制御部65は、受信部53により受信された気象予測情報に基づいて、負荷値を計算する。具体的には、制御部65は、気象予測情報における有義波高に所定の定数を乗算することで、負荷値を計算する。
制御部65は、受信部53により受信された気象予測情報に基づいて、負荷値を計算する。具体的には、制御部65は、気象予測情報における有義波高に所定の定数を乗算することで、負荷値を計算する。
(ステップS307)
制御部65は、計算された負荷値が負荷閾値を以上であるか否かを判定する。負荷値が負荷閾値以上であれば(ステップS307のYes)、ステップS308の処理が実行される。負荷値が負荷閾値未満であれば(ステップS307のNo)、ステップS301の処理が実行される。
制御部65は、計算された負荷値が負荷閾値を以上であるか否かを判定する。負荷値が負荷閾値以上であれば(ステップS307のYes)、ステップS308の処理が実行される。負荷値が負荷閾値未満であれば(ステップS307のNo)、ステップS301の処理が実行される。
(ステップS308)
制御部65は、架台5の沈降に関して、ロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、ロープ巻き取り機61によりロープ9を巻き取らせるように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、架台5は、ロープ9の巻き取り量に応じて、海底13に向けて沈降を開始する。なお、入力インターフェースにおける「架台5の沈降」に関するスイッチボタンの押下など、入力インターフェースを介して「架台5の沈降」に関する浮沈指令が入力された場合、沈降動作は、本ステップから開始する。
制御部65は、架台5の沈降に関して、ロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、ロープ巻き取り機61によりロープ9を巻き取らせるように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、架台5は、ロープ9の巻き取り量に応じて、海底13に向けて沈降を開始する。なお、入力インターフェースにおける「架台5の沈降」に関するスイッチボタンの押下など、入力インターフェースを介して「架台5の沈降」に関する浮沈指令が入力された場合、沈降動作は、本ステップから開始する。
(ステップS309)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されているかを判定する。姿勢センサ55からの出力が、例えば、角度に相当する場合、水平範囲は、0°を中心とする所定の角度範囲に相当する。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS309のYes)、ステップS311の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS309のNo)、ステップS310の処理が実行される。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されているかを判定する。姿勢センサ55からの出力が、例えば、角度に相当する場合、水平範囲は、0°を中心とする所定の角度範囲に相当する。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS309のYes)、ステップS311の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS309のNo)、ステップS310の処理が実行される。
(ステップS310)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、ロープ巻き取り機61が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つのロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取り速度を変更させる。これにより、ロープ9の巻き取り量が変化する。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。なお、ステップS309、ステップS310は、架台5に複数個所の浮力機能が備えられること、またはロープ9が複数備えられること等により、架台5自体で水平を維持できる構造を架台5が有していれば、除外可能である。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、ロープ巻き取り機61が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つのロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取り速度を変更させる。これにより、ロープ9の巻き取り量が変化する。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。なお、ステップS309、ステップS310は、架台5に複数個所の浮力機能が備えられること、またはロープ9が複数備えられること等により、架台5自体で水平を維持できる構造を架台5が有していれば、除外可能である。
(ステップS311)
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が所定の水深に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取り量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS311のYes)、ステップS312の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS311のNo)、ステップS309乃至ステップS311の処理が繰り返される。
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が所定の水深に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取り量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS311のYes)、ステップS312の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS311のNo)、ステップS309乃至ステップS311の処理が繰り返される。
(ステップS312)
制御部65は、ロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りは停止する。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。
制御部65は、ロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りは停止する。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。
以下、図5を用いて、架台5の浮上動作の手順について説明する。図5は、浮上動作の手順の一例を示すフローチャートである。
(浮上動作)
(ステップS501)
受信部53は、架台5が設置された地域における気象予測情報と予測発電量とを、ネットワークを介して受信する。受信部53は、気象予測情報と予測発電量とを、記憶部67に記憶させる。制御部65は、気象予測情報において雷や雹の予報の有無を判定する。
(ステップS501)
受信部53は、架台5が設置された地域における気象予測情報と予測発電量とを、ネットワークを介して受信する。受信部53は、気象予測情報と予測発電量とを、記憶部67に記憶させる。制御部65は、気象予測情報において雷や雹の予報の有無を判定する。
(ステップS502)
気象予測情報において雷や雹の予報があれば(ステップS502のYes)、ステップS501の処理が実行される。気象予測情報において雷や雹の予報が無ければ(ステップS502のNo)、ステップS503の処理が実行される。
気象予測情報において雷や雹の予報があれば(ステップS502のYes)、ステップS501の処理が実行される。気象予測情報において雷や雹の予報が無ければ(ステップS502のNo)、ステップS503の処理が実行される。
なお、架台5の上面において超音波センサが配置されている場合、超音波センサは、架台5が水中に係留されている状態において、波高を常時検出する。このとき、記憶部67は、超音波センサからの過去の出力、すなわち波高を、検出時刻とともに記憶する。制御部65は、検出された波高が負荷閾値以上であるか否かを判定する。検出された波高が負荷閾値以上である場合、ステップS501の処理が実行される。検出された波高が負荷閾値未満である場合、ステップS503の処理が実行される。
また、制御部65は、超音波センサからの過去および現在の波高を、記憶部67から読み出す。制御部65は、読み出されたこれらの波高を外挿近似に用いて、現在から所定時間経過後の波高の予測値(以下、波高推定値と呼ぶ)を計算する。制御部65は、波高推定値が負荷閾値以上であるか否かを判定する。波高推定値が負荷閾値以上であれば、ステップS501の処理が実行される。波高推定値が負荷閾値未満であれば、ステップS503の処理が実行される。なお、制御部65は、波高推定値に所定の定数を乗じた値が負荷閾値以上か否かを判定してもよい。
(ステップS503)
制御部65は、受信部53により受信された気象予測情報に基づいて、負荷値を計算する。本ステップは、ステップS306と同様な処理なため、説明は省略する。
制御部65は、受信部53により受信された気象予測情報に基づいて、負荷値を計算する。本ステップは、ステップS306と同様な処理なため、説明は省略する。
(ステップS504)
制御部65は、計算された負荷値が負荷閾値を未満であるか否かを判定する。負荷値が負荷閾値未満であれば(ステップS504のYes)、ステップS505の処理が実行される。負荷値が負荷閾値以上であれば(ステップS504のNo)、ステップS501の処理が実行される。
制御部65は、計算された負荷値が負荷閾値を未満であるか否かを判定する。負荷値が負荷閾値未満であれば(ステップS504のYes)、ステップS505の処理が実行される。負荷値が負荷閾値以上であれば(ステップS504のNo)、ステップS501の処理が実行される。
(ステップS505)
制御部65は、予測発電量が発電閾値以上であるか否かを判定する。なお、受信部53を介して予測発電量が受信されない場合、制御部65は、当該判定に先立って、気象予測情報に基づいて、予測発電量を計算する。予測発電量が発電閾値以上であれば(ステップS505のYes)、ステップS506の処理が実行される。予測発電量が発電閾値未満であれば(ステップS505のNo)、ステップS501の処理が実行される。
制御部65は、予測発電量が発電閾値以上であるか否かを判定する。なお、受信部53を介して予測発電量が受信されない場合、制御部65は、当該判定に先立って、気象予測情報に基づいて、予測発電量を計算する。予測発電量が発電閾値以上であれば(ステップS505のYes)、ステップS506の処理が実行される。予測発電量が発電閾値未満であれば(ステップS505のNo)、ステップS501の処理が実行される。
(ステップS506)
制御部65は、架台5の浮上に関して、ロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、ロープ巻き取り機61からロープ9を送り出させるように、ロープ巻き取り機61を制御する。ロープ9の送り出し量に応じて、架台5は、自身が有する浮力により浮上する。なお、入力インターフェースにおける「架台5の浮上」に関するスイッチボタンの押下など、入力インターフェースを介して「架台5の浮上」に関する浮沈指令が入力された場合、浮上動作は、本ステップから開始する。
制御部65は、架台5の浮上に関して、ロープ巻き取り機61を制御する。具体的には、制御部65は、ロープ巻き取り機61からロープ9を送り出させるように、ロープ巻き取り機61を制御する。ロープ9の送り出し量に応じて、架台5は、自身が有する浮力により浮上する。なお、入力インターフェースにおける「架台5の浮上」に関するスイッチボタンの押下など、入力インターフェースを介して「架台5の浮上」に関する浮沈指令が入力された場合、浮上動作は、本ステップから開始する。
(ステップS507)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されているかを判定する。本ステップは、ステップS309の処理と同様なため、説明は省略する。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS507のYes)、ステップS509の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS507のNo)、ステップS508の処理が実行される。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されているかを判定する。本ステップは、ステップS309の処理と同様なため、説明は省略する。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS507のYes)、ステップS509の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS507のNo)、ステップS508の処理が実行される。
(ステップS508)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、ロープ巻き取り機61を制御する。本ステップは、ステップS310の処理と同様なため、説明は省略する。なお、ステップS309、ステップS310と同様に、ステップS507とステップS508は、架台5に複数個所の浮力機能が備えられること、またはロープ9が複数備えられること等により、架台5自体で水平を維持できる構造を架台5が有していれば、除外可能である。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、ロープ巻き取り機61を制御する。本ステップは、ステップS310の処理と同様なため、説明は省略する。なお、ステップS309、ステップS310と同様に、ステップS507とステップS508は、架台5に複数個所の浮力機能が備えられること、またはロープ9が複数備えられること等により、架台5自体で水平を維持できる構造を架台5が有していれば、除外可能である。
(ステップS509)
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が水面11上に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61からのロープ9の送り出し量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が水面11上に到達した場合(ステップS509のYes)、ステップS510の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS509のNo)、ステップS507乃至ステップS509の処理が繰り返される。
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が水面11上に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61からのロープ9の送り出し量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が水面11上に到達した場合(ステップS509のYes)、ステップS510の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS509のNo)、ステップS507乃至ステップS509の処理が繰り返される。
(ステップS510)
制御部65は、ロープ9の送り出しを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出しは停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
制御部65は、ロープ9の送り出しを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出しは停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
以上に述べた構成および動作によれば、以下の効果を得ることができる。
第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、太陽光により発電を行う発電部51を有し、水面11上と水中との間で浮沈可能であって、架台5自体もしくはフロートと連結した発電部51を支持する架台5と、当該架台5を浮沈させる牽引装置60としての浮沈動作装置6とを有し、水中へ架台5を沈降することにより、天候による破損を防止する。具体的には、浮沈式太陽光発電装置1は、架台5の浮上と架台5の沈降とを、気象予測情報または浮沈指令に基づいて制御する。より詳細には、浮沈式太陽光発電装置1における制御部65は、気象予測情報に基づいて、水面11上から水中への架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を制御し、気象予測情報に基づく発電部51による予測発電量と気象予測情報とに基づいて、水中から水面11上への架台5の浮上に関して浮沈動作装置6を制御する。これらにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象予測情報に基づいて架台5を沈降させ、予測発電量と気象予測情報とに基づいて架台5を浮上させることができる。
例えば、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象予測情報に基づいて負荷値を計算し、負荷値が負荷閾値以上である場合、架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を制御し、負荷値が負荷閾値未満であって予測発電量が発電閾値を超えた場合、架台5の浮上に関して浮沈動作装置6を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、架台5に負荷がかかる気象予報が発表された場合、架台5を沈降させることができ、架台5に負荷がかからない気象予報であって、かつ消費電力を超える発電量が見込まれる場合、架台5を浮上させることができる。
また、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象予測情報における有義波高に、1より大きい所定の定数を乗じることにより、負荷値を計算する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、所定の定数を安全率(安全係数)として有義波高に乗じて負荷値を計算しているため、波による架台5や太陽光パネル511の損傷や破損およびまくれや破損に対して余裕をもって、架台5を沈降させることができる。
また、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象予測情報において雷や雹の予報が含まれる場合、架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、雷や雹による太陽光パネル511の損傷や破損を未然に防ぐことができる。
また、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、揺れセンサ59により検出された架台5の揺れが揺れ閾値以上である場合、または架台5の揺れが揺れ閾値以上になる見込みがあった場合、架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を制御する。また、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、揺れセンサ59からの過去および現在の出力に基づいて、現在から所定時間経過後における架台5の揺れの予測値を計算し、予測値が揺れ閾値を超えた場合、架台5の沈降に関して浮沈動作装置6を制御する。これらにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象予測情報に限らず、実測による現在の揺れや実測に基づく揺れの予測値に応じて架台5を沈降させることができ、現在の揺れや実測により予測された揺れによる架台5や太陽光パネル511の損傷や破損およびまくれを未然に防ぐことができる。
また、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5の沈降において架台5の位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、架台5の位置が所定の水深に到達した場合、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りを停止するようにロープ巻き取り機61を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、水深が大きい場合であっても、予め設定された任意の水深で、架台5を係留することができる。
また、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、姿勢センサ55からの出力または架台5の姿勢に基づいて、架台5の姿勢が水平状態となるように浮沈動作装置6を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、架台5の姿勢を水平状態に維持して、架台5を安全に浮沈させることができる。
以上のことから、第1実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、架台5や太陽光パネル511に損傷、破損およびまくれの恐れがある場合は、架台5を沈降させ、これらの恐れが無い場合であって消費電力よりも発電量が大きい場合は、架台5を浮上させることができる。すなわち、本浮沈式太陽光発電装置1は、悪天候、強風および波浪時において沈降し、発電に適した晴天および凪時には浮上することができる。このため、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、気象による損傷、破損およびまくれのリスクを低減させ、すなわち天候による破損を防止し、補修によるメンテナンスコストの低減および設備の長期使用を可能としつつ、発電効率を高めることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、浮沈動作装置6として少なくとも一つの昇降機を用いることにある。以下、第2実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1を昇降機付き浮沈式太陽光発電装置と呼ぶ。
第2実施形態は、浮沈動作装置6として少なくとも一つの昇降機を用いることにある。以下、第2実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1を昇降機付き浮沈式太陽光発電装置と呼ぶ。
図6は、水面11上に浮かぶ昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1の外観と、海底(底面、水底)13近傍に沈んだ昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1の外観との一例を示す図である。図6に示す昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1は、浮沈動作装置6として、架台5を浮沈させる昇降機62を有する。図6における矢印に示すように、昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1における架台5は、昇降機62による架台5の移動により、水面11と海底13との間で浮沈可能である。昇降機62の下端は、海底13に固定される。昇降機62の上端は、水面11より上部に突出する。昇降機62は、架台5の外縁部を支持し、架台5を鉛直方向に沿って移動可能に支持する。昇降機62の構成は、既存の構成を利用することができるため、説明は省略する。昇降機62は、制御部65による制御のもとで、架台5を、水面11上と海底13との間で浮沈させる。
なお、沈降後、架台5の浮力が小さく、水の流れによって海底13と架台5が直接接触する恐れがある場合には、一定の距離を保つために図9に示す固定脚8やロープ9と連結していない独立のアンカーが水底13に設置されてもよい。昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1は、水底13の状態にかからず着床時に架台5と水底13とに一定の距離を持たせ、架台5の安定性確保と、水底13の起伏および起伏物による破損の回避と、加えて水底環境および生物の保全を実現する。
図6に示す昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1は、4つの昇降機62を有するが、これに限定されない。すなわち、昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1は、少なくとも一つの昇降機62を有する。一つの昇降機62が昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1に設けられる場合、昇降機62は、例えば、架台5の重心部分に設けられる。また、複数の昇降機62が昇降機付き浮沈式太陽光発電装置1に設けられる場合、複数の昇降機62は、例えば、架台5の重心部分に対して対称的な位置における架台5の外縁部分と接続される。
以下、本実施形態に関して、まず架台5の沈降動作の手順について説明し、次いで架台5の浮上動作の手順について説明する。図7は、本実施形態における沈降動作の手順の一例を示すフローチャートである。図7は、図3におけるステップS302、S303、S305およびS307各々におけるYesの後に実施される処理手順を示している。
(沈降動作)
(ステップS701)
制御部65は、架台5の沈降に関して、昇降機62を制御する。具体的には、制御部65は、昇降機62により架台5を海底13に向けて沈めるように、昇降機62を制御する。これにより、架台5は、海底13に向けて沈降を開始する。
(ステップS701)
制御部65は、架台5の沈降に関して、昇降機62を制御する。具体的には、制御部65は、昇降機62により架台5を海底13に向けて沈めるように、昇降機62を制御する。これにより、架台5は、海底13に向けて沈降を開始する。
(ステップS702)
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS702のYes)、ステップS704の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS702のNo)、ステップS703の処理が実行される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS309と略同様なため、説明は省略する。なお、ステップS309、ステップS310と同様にステップS702とステップS703は、架台5への水流、浮沈時の渦流による架台5の傾き、架台5の水平移動または斜め方向への移動に対する力などに耐えられる強度を持つ構造を昇降機62が有していれば、除外可能である。
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS702のYes)、ステップS704の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS702のNo)、ステップS703の処理が実行される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS309と略同様なため、説明は省略する。なお、ステップS309、ステップS310と同様にステップS702とステップS703は、架台5への水流、浮沈時の渦流による架台5の傾き、架台5の水平移動または斜め方向への移動に対する力などに耐えられる強度を持つ構造を昇降機62が有していれば、除外可能である。
(ステップS703)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、昇降機62を制御する。例えば、昇降機62が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つの昇降機62による架台5の沈降速度を変更させる。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、昇降機62を制御する。例えば、昇降機62が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つの昇降機62による架台5の沈降速度を変更させる。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。
(ステップS704)
架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS704のYes)、ステップS705の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS704のNo)、ステップS702乃至ステップS704の処理が繰り返される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS311と略同様なため、説明は省略する。
架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS704のYes)、ステップS705の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS704のNo)、ステップS702乃至ステップS704の処理が繰り返される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS311と略同様なため、説明は省略する。
(ステップS705)
制御部65は、昇降機62による架台5の移動(すなわち沈降)を停止するように、昇降機62を制御する。これにより、架台5の沈降は停止する。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。
制御部65は、昇降機62による架台5の移動(すなわち沈降)を停止するように、昇降機62を制御する。これにより、架台5の沈降は停止する。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。
以下、図8を用いて、架台5の浮上動作の手順について説明する。図8は、浮上動作の手順の一例を示すフローチャートである。
(浮上動作)
ステップS801乃至ステップS805における処理は、ステップS501乃至S505における処理と同様なため、説明は省略する。例えば、本実施形態で用いられる発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62の消費電力から、水中での架台5の待機に伴う昇降機62などによる待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62の消費電力であってもよい。
ステップS801乃至ステップS805における処理は、ステップS501乃至S505における処理と同様なため、説明は省略する。例えば、本実施形態で用いられる発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62の消費電力から、水中での架台5の待機に伴う昇降機62などによる待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62の消費電力であってもよい。
(ステップS806)
制御部65は、架台5の浮上に関して、昇降機62を制御する。具体的には、制御部65は、架台5を水面11に向け浮上させるように、昇降機62を制御する。昇降機62は、水面11へ向けて架台5を移動させる。これにより、架台5は、浮上を開始する。
制御部65は、架台5の浮上に関して、昇降機62を制御する。具体的には、制御部65は、架台5を水面11に向け浮上させるように、昇降機62を制御する。昇降機62は、水面11へ向けて架台5を移動させる。これにより、架台5は、浮上を開始する。
(ステップS807)
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS807のYes)、ステップS809の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS807のNo)、ステップS808の処理が実行される。本ステップは、ステップS507と同様な処理なため、説明は省略する。
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS807のYes)、ステップS809の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS807のNo)、ステップS808の処理が実行される。本ステップは、ステップS507と同様な処理なため、説明は省略する。
(ステップS808)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、昇降機62を制御する。本ステップは、ステップS703の処理と同様なため、説明は省略する。なお、ステップS702、ステップS703と同様にステップS807とステップS808は、架台5への水流、浮沈時の渦流による架台5の傾き、架台5の水平移動または斜め方向への移動に対する力などに耐えられる強度を持つ構造を昇降機62が有していれば、除外可能である。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、昇降機62を制御する。本ステップは、ステップS703の処理と同様なため、説明は省略する。なお、ステップS702、ステップS703と同様にステップS807とステップS808は、架台5への水流、浮沈時の渦流による架台5の傾き、架台5の水平移動または斜め方向への移動に対する力などに耐えられる強度を持つ構造を昇降機62が有していれば、除外可能である。
(ステップS809)
架台5が水面11上に到達した場合(ステップS809のYes)、ステップS810の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS809のNo)、ステップS807乃至ステップS809の処理が繰り返される。
架台5が水面11上に到達した場合(ステップS809のYes)、ステップS810の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS809のNo)、ステップS807乃至ステップS809の処理が繰り返される。
(ステップS810)
制御部65は、昇降機62により架台5の移動を停止するように、昇降機62を制御する。これにより、昇降機62による架台5の浮上は停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
制御部65は、昇降機62により架台5の移動を停止するように、昇降機62を制御する。これにより、昇降機62による架台5の浮上は停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
以上に述べた構成および動作によれば、以下の効果を得ることができる。
第2実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、太陽光により発電を行う発電部51を有し、水面11上と水中との間で浮沈可能であって、架台5自体もしくはフロートと連結した発電部51を支持する架台5と、当該架台5を浮沈させる昇降機62としての浮沈動作装置6とを有する。本実施形態における効果は、第1実施形態と同様なため、説明は省略する。
(第3実施形態)
第3実施形態は、浮沈動作装置6として、浮力調整器を用いることにある。以下、第3実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1を浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置と呼ぶ。
第3実施形態は、浮沈動作装置6として、浮力調整器を用いることにある。以下、第3実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1を浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置と呼ぶ。
図9は、水面11上に浮かぶ浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1の外観と、海底13近傍に沈んだ浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1の外観との一例を示す図である。図2における矢印に示すように、浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1は、浮力調整器63による浮力の調整により、水面11と海底13との間で浮沈可能である。
アンカー7は、海底13に固定される基礎杭の杭頭部に接続される部材に限定されず、例えば、不図示の浮力タンクによる浮力を用いた浮沈式の重力アンカーであってもよい。このとき、浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1は、浮力タンクにおける浮力でアンカー7を浮上させることにより、例えば、曳航船を介して、自在に移動可能となる。なお、アンカー7の代わりに移動自在なプロペラ付きモータが搭載されてもよい。
固定脚8は、水底13の状態にかからず着床時に架台5と水底13とに一定の距離を持たせ、着床した際の安定性確保と、水底13の起伏および起伏物による装置の破損の回避と、水底環境および生物の保全を実現する固定脚機能を有する。複数本の固定脚8を使用する場合であって、水底13が斜めである場所へ浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1を設置する場合、水底13の状態に合わせた長さの異なる固定脚8を浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1に装備させることで、浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1は、着床時においても水平を保つことができる。一定の距離を保つために固定脚8やロープ9と連結していない独立したアンカー7を水底13に設置してもよく、この場合、アンカー7は、漁礁機能を備え、生物の保全を高めたものがさらに好ましい。
浮力調整器63は、架台5の側面など、任意の位置に設置可能である。水面11上において架台5は、浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1全体を浮かせる浮力は無いものの、ある程度の浮力を有することが望ましい。例えば、水面11上において架台5に働く浮力は、架台5による浮力と浮力調整器63により生じる浮力との合計が水上に設置された浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1全体の重量よりも大きいものとなる。
浮力調整器63は、制御部65による制御により、架台5の浮力を調整する。浮力調整器63は、図2に示すように、耐水圧性ポンプ(コンプレッサー)631と、耐水圧性ホース633と、バルーン635とを有する。耐水圧性ホース633は、耐水圧性ポンプ631とバルーン635とを接続する。なお、耐水圧性ポンプ631は、耐水圧性を有さない通常のポンプとして、陸地に設けられてもよい。耐水圧性ポンプ631は、海底13から水面11に向かう浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1の浮上時において、耐水圧性ホース633を介して、バルーン635に空気を送り込む。これにより、バルーン635は膨張し、架台5において浮上に関する浮力が発生する。
また、耐水圧性ポンプ631は、水面11から海底13に向かう浮力調整器付き浮沈式太陽光発電装置1の沈降時において、耐水圧性ホース633を介してバルーン635から脱気する。これにより、バルーン635は収縮し、架台5と浮力調整器63の浮力を合わせた浮力が中性浮力未満となる。中性浮力とは、水中において外力が加わらない限り浮きも沈みもしない状態における浮力である。このとき、架台5は、自重により海底13へ向けて沈降する。なお、架台5に搭載される浮力調整器63の数は、1つに限定されず、複数であってもよい。なお、浮力調整器63の構造は、図2に示す構造に限定されず、機械的、物理、化学的に、バルーン635などの密閉容器の体積を変化させ、浮力を調整する構造で構成されてもよい。
制御部65は、架台5の沈降の開始時点より同時または遅れてロープ9の巻き取りを開始するように、ロープ巻き取り機61を制御する。また、制御部65は、架台5の浮上の開始時点より遅れてロープ9の送り出しを開始するように、ロープ巻き取り機61を制御する。ロープ9の巻き取りおよび送り出しの開始に関する遅延時間は、記憶部67に予め記憶される。遅延時間は、例えば、架台5の浮上の動作の継続時間もしくは架台5の沈降の動作の継続時間の1/10乃至1/100程度の時間である。
なお、制御部65は、架台5の沈降速度と架台5の浮上速度とに応じて、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。浮上速度と沈降速度とは、架台5の大きさや架台5の設置場所等に応じた架台5の設計により、予め設定され、記憶部67に記憶される。なお、浮上速度と沈降速度とは、入力インターフェース等を介して、適宜設定、変更可能である。また、浮上速度と沈降速度とは、超音波センサや圧力センサからの出力に基づいて、制御部65により計算されてもよい。
具体的には、制御部65は、架台5の浮上速度に応じて送出速度を調整するように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、制御部65は、浮上速度と送出速度とが略同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御する。また、制御部65は、架台5の沈降速度に応じて巻き取り速度を調整するように、ロープ巻き取り機61を制御する。例えば、制御部65は、沈降速度と巻き取り速度とが略同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御する。
制御部65は、架台5の位置が所定の水深に到達したことに応答して、浮力調整器63を制御する。具体的には、所定の水深における架台5の浮力が、架台5に対して外力が加わらないとき架台5が浮沈しない中性浮力となるように、制御部65は、浮力調整器63を制御する。なお、制御部65は、架台5の位置が所定の水深に到達したことに応答して、所定の水深において架台5の浮力が中性浮力より大きい浮力となるように、浮力調整器63を制御してもよい。このとき、架台5は、ロープ9を介して水中に係留されることとなる。制御部65は、架台5の位置が所定の水深に到達した場合、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。
以下、本実施形態に関して、まず架台5の沈降動作の手順について説明し、次いで架台5の浮上動作の手順について説明する。図10は、本実施形態における沈降動作の手順の一例を示すフローチャートである。図10は、図3におけるステップS302、S303、S305およびS307各々におけるYesの後に実施される処理手順を示している。
(沈降動作)
(ステップS1001)
制御部65は、架台5の沈降に関して、浮力調整器63を制御する。具体的には、制御部65は、浮力調整器63により浮力を下げ、架台5の自重により架台5を沈降させる。より詳細には、制御部65は、体積変動体の体積を減少させるように、浮力調整器63を制御する。より詳細には、制御部65は、バルーン635からの脱気を制御することで、バルーン635の体積を減少させる。これにより、架台5における浮力は減少し、架台5は沈降を開始する。
(ステップS1001)
制御部65は、架台5の沈降に関して、浮力調整器63を制御する。具体的には、制御部65は、浮力調整器63により浮力を下げ、架台5の自重により架台5を沈降させる。より詳細には、制御部65は、体積変動体の体積を減少させるように、浮力調整器63を制御する。より詳細には、制御部65は、バルーン635からの脱気を制御することで、バルーン635の体積を減少させる。これにより、架台5における浮力は減少し、架台5は沈降を開始する。
(ステップS1002)
制御部65よる浮力調整器63への制御の実行時点から同時または遅延時間の経過後、ロープ巻き取り機61は、制御部65による制御のもとで、ロープ9の巻き取りを開始する。このとき、制御部65は、沈降速度とロープ9の巻き取り速度とが同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。
制御部65よる浮力調整器63への制御の実行時点から同時または遅延時間の経過後、ロープ巻き取り機61は、制御部65による制御のもとで、ロープ9の巻き取りを開始する。このとき、制御部65は、沈降速度とロープ9の巻き取り速度とが同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。
(ステップS1003)
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS1003のYes)、ステップS1005の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS1003のNo)、ステップS1004の処理が実行される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS309と略同様なため、説明は省略する。
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS1003のYes)、ステップS1005の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS1003のNo)、ステップS1004の処理が実行される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS309と略同様なため、説明は省略する。
(ステップS1004)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、浮力調整器63を制御する。例えば、バルーン635が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つのバルーンにおける体積を変化させる。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、浮力調整器63を制御する。例えば、バルーン635が架台5に複数設けられている場合、制御部65は、架台5が水平状態となるように、少なくとも一つのバルーンにおける体積を変化させる。本ステップにより、架台5の沈降動作において、架台5の水平状態が維持されることとなる。
(ステップS1005)
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5の沈降において架台5の位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、浮沈動作装置6の停止を行う。架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS1005のYes)、ステップS1006の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS1005のNo)、ステップS1003乃至ステップS1005の処理が繰り返される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS311と略同様なため、説明は省略する。
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5の沈降において架台5の位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、浮沈動作装置6の停止を行う。架台5が所定の水深に到達した場合(ステップS1005のYes)、ステップS1006の処理が実行される。架台5が所定の水深に到達していない場合(ステップS1005のNo)、ステップS1003乃至ステップS1005の処理が繰り返される。本ステップにおける処理内容は、図3のステップS311と略同様なため、説明は省略する。
(ステップS1006)
制御部65は、ロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りは停止する。なお、制御部65は、ロープ9の巻き取りの停止を契機として、架台5の浮力が中性浮力より大きい浮力になるように、浮力調整器63を制御してもよい。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。尚、海底に着床させて係留めする場合、架台5における浮力は中性浮力より小さいままでもよい。このとき、固定脚8を用いることがさらに良い。
制御部65は、ロープ9の巻き取りを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りは停止する。なお、制御部65は、ロープ9の巻き取りの停止を契機として、架台5の浮力が中性浮力より大きい浮力になるように、浮力調整器63を制御してもよい。以上の処理により、架台5の沈降動作は終了し、架台5は、水中または海底13に係留される。尚、海底に着床させて係留めする場合、架台5における浮力は中性浮力より小さいままでもよい。このとき、固定脚8を用いることがさらに良い。
以下、図11を用いて、架台5の浮上動作の手順について説明する。図11は、浮上動作の手順の一例を示すフローチャートである。
(浮上動作)
ステップS1101乃至ステップS1105における処理は、ステップS501乃至S505における処理と同様なため、説明は省略する。なお、本実施形態で用いられる発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける浮力調整器63とロープ巻き取り機61との消費電力から、水中での架台5の待機による浮力調整器63およびロープ巻き取り機61等の待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける浮力調整器63とロープ巻き取り機61との消費電力であってもよい。
ステップS1101乃至ステップS1105における処理は、ステップS501乃至S505における処理と同様なため、説明は省略する。なお、本実施形態で用いられる発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける浮力調整器63とロープ巻き取り機61との消費電力から、水中での架台5の待機による浮力調整器63およびロープ巻き取り機61等の待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける浮力調整器63とロープ巻き取り機61との消費電力であってもよい。
(ステップS1106)
制御部65は、架台5の浮上に関して、浮力調整器63を制御する。具体的には、制御部65は、体積変動体の体積を増大させるように、浮力調整器63を制御する。より詳細には、制御部65は、バルーン635への空気の送り込みを制御することで、バルーン635の体積を増大させる。これにより、架台5における浮力は増加し、架台5は浮上を開始する。
制御部65は、架台5の浮上に関して、浮力調整器63を制御する。具体的には、制御部65は、体積変動体の体積を増大させるように、浮力調整器63を制御する。より詳細には、制御部65は、バルーン635への空気の送り込みを制御することで、バルーン635の体積を増大させる。これにより、架台5における浮力は増加し、架台5は浮上を開始する。
(ステップS1107)
制御部65よる浮力調整器63への制御の実行時点から同時または遅延時間の経過後、ロープ巻き取り機61は、制御部65による制御のもとで、ロープ9の送り出しを開始する。このとき、制御部65は、浮上速度とロープ9の送出速度とが同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。
制御部65よる浮力調整器63への制御の実行時点から同時または遅延時間の経過後、ロープ巻き取り機61は、制御部65による制御のもとで、ロープ9の送り出しを開始する。このとき、制御部65は、浮上速度とロープ9の送出速度とが同一となるように、ロープ巻き取り機61を制御してもよい。
(ステップS1108)
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS1108のYes)、ステップS1110の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS1108のNo)、ステップS1109の処理が実行される。本ステップは、ステップS507と同様な処理なため、説明は省略する。
姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されている場合(ステップS1108のYes)、ステップS1110の処理が実行される。姿勢センサ55からの出力が水平範囲に包含されていない場合(ステップS1108のNo)、ステップS1109の処理が実行される。本ステップは、ステップS507と同様な処理なため、説明は省略する。
(ステップS1109)
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、浮力調整器63を制御する。本ステップは、ステップS1004の処理と同様なため、説明は省略する。
制御部65は、姿勢センサ55からの出力に基づいて、架台5の姿勢が水平になるように、浮力調整器63を制御する。本ステップは、ステップS1004の処理と同様なため、説明は省略する。
(ステップS1110)
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が水面11上に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出し量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が水面11上に到達した場合(ステップS1110のYes)、ステップS1111の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS1110のNo)、ステップS1108乃至ステップS1110の処理が繰り返される。
制御部65は、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5が水面11上に到達したか否かを判定する。なお、制御部65は、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出し量に基づいて、当該判定を行ってもよい。架台5が水面11上に到達した場合(ステップS1110のYes)、ステップS1111の処理が実行される。架台5が水面11上に到達していない場合(ステップS1110のNo)、ステップS1108乃至ステップS1110の処理が繰り返される。
(ステップS1111)
制御部65は、ロープ9の送り出しを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出しは停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
制御部65は、ロープ9の送り出しを停止するように、ロープ巻き取り機61を制御する。これにより、ロープ巻き取り機61によるロープ9の送り出しは停止する。以上の処理により、架台5の浮上動作は終了し、架台5は、水面11上に係留される。
以上に述べた構成および動作によれば、以下の効果を得ることができる。
第3実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、太陽光により発電を行う発電部51を有し、水面11上と水中との間で浮沈可能な架台5の浮力を、浮沈動作装置6としての浮力調整器63により調整する。また、第3実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、架台5の沈降の開始時点より遅れてロープ9の巻き取りを開始するようにロープ巻き取り機61を制御し、架台5の浮上の開始時点より遅れてロープ9の送り出しを開始するようにロープ巻き取り機61を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、架台5の浮沈の実行中において、ロープ9の絡まりを防ぐことができる。また、第3実施形態に係る浮沈式太陽光発電装置1によれば、位置センサ57からの出力に基づいて、架台5の沈降において架台5の位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、架台5の位置が所定の水深に到達した場合、所定の水深において架台5の浮力が中性浮力より大きい浮力になるように浮力調整器63を制御し、ロープ巻き取り機61によるロープ9の巻き取りを停止するようにロープ巻き取り機61を制御する。これにより、本浮沈式太陽光発電装置1によれば、水深が大きい場合であっても、予め設定された任意の水深で、架台5を係留することができる。本実施形態における他の効果は、第1実施形態と同様なため、説明は省略する。
本実施形態の技術的思想は、陸地に設置された受信部53および制御部65と、浮沈式太陽光発電装置1と、を有する浮沈式太陽光発電システムとして実現されてもよい。浮沈式太陽光発電システムにおける浮沈式太陽光発電装置1は、受信部53および制御部65を搭載せず、制御部65との双方向通信を行う送受信部をさらに有する。送受信部は、姿勢センサ55と位置センサ57と揺れセンサ59とによる出力や、記憶部67に記憶されたデータを、制御部65へ送信する。また、送受信部は、制御部65から出力された各種制御信号を受信する。送受信部は、受信された制御信号を、制御対象の各ユニットに出力する。浮沈式太陽光発電システムにおける動作、処理、効果等は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
(第1応用例)
本応用例における浮沈動作装置6は、牽引装置60または昇降機62と、浮力調整器63とを有することにある。すなわち、本応用例は、第1実施形態に浮力調整器63を組み合わせること、または第2実施形態に浮力調整器63を組み合わせることにある。本応用例における沈降動作および浮沈動作は、組み合わせに関する実施形態における沈降動作および浮上動作に、浮力調整器63の制御を組み合わせることで実現できる。浮力調整器63は浮力を可変できればよく、架台5の中性浮力にとらわれない。このため、沈降動作および浮上動作に関して、以下、本応用例特有の処理について説明する。
本応用例における浮沈動作装置6は、牽引装置60または昇降機62と、浮力調整器63とを有することにある。すなわち、本応用例は、第1実施形態に浮力調整器63を組み合わせること、または第2実施形態に浮力調整器63を組み合わせることにある。本応用例における沈降動作および浮沈動作は、組み合わせに関する実施形態における沈降動作および浮上動作に、浮力調整器63の制御を組み合わせることで実現できる。浮力調整器63は浮力を可変できればよく、架台5の中性浮力にとらわれない。このため、沈降動作および浮上動作に関して、以下、本応用例特有の処理について説明する。
(沈降動作)
ステップS308またはステップS701における沈降開始時において、制御部65は、架台5の浮力が最大で中性浮力となるように浮力を弱めるように、浮力調整器63を制御する。続いて、制御部65は、牽引装置60におけるロープ巻き取り機61、または昇降機62を駆動する。これにより、沈降動作が開始される。
ステップS308またはステップS701における沈降開始時において、制御部65は、架台5の浮力が最大で中性浮力となるように浮力を弱めるように、浮力調整器63を制御する。続いて、制御部65は、牽引装置60におけるロープ巻き取り機61、または昇降機62を駆動する。これにより、沈降動作が開始される。
(浮上動作)
第1実施形態に浮力調整器63を組み合わせた場合、本応用例における発電閾値は、第3実施形態に記載の発電閾値に相当する。また、第2実施形態に浮力調整器63を組み合わせた場合、発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62および浮力調整器63の消費電力から、水中での架台5の待機に伴う昇降機62および浮力調整器63などによる待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62および浮力調整器63の消費電力であってもよい。
第1実施形態に浮力調整器63を組み合わせた場合、本応用例における発電閾値は、第3実施形態に記載の発電閾値に相当する。また、第2実施形態に浮力調整器63を組み合わせた場合、発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62および浮力調整器63の消費電力から、水中での架台5の待機に伴う昇降機62および浮力調整器63などによる待機電力を差分した差分値に対応する。なお、本実施形態における発電閾値は、1回の架台5の浮上と1回の架台5の沈降とにおける昇降機62および浮力調整器63の消費電力であってもよい。
ステップS506またはステップS806における浮上の開始時において、制御部65は、架台5の浮力が中性浮力を超えるように、浮力調整器63を制御する。続いて、制御部65は、牽引装置60におけるロープ巻き取り機61、または昇降機62を駆動する。これにより、浮上動作が開始される。
本応用例によれば、第1乃至第3実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
本応用例に係る浮沈式太陽光発電装置によれば、太陽光により発電を行う発電部51を有し、水面11上と水中との間で浮沈可能な架台5と、架台5を浮沈させる牽引装置60または昇降機62と水面11上に設置された装置の架台5の浮力を調整する浮力調整器63とを有する浮沈動作装置6と、備え、発電部51により発電された電力を水面11上から供給する。これにより、本応用例にかかる浮沈式太陽光発電装置は、架台5の沈降時において架台5の浮力を中性浮力まで減少させ、かつ架台5の浮上時において架台5の浮力が中性浮力を超えるように浮力調整器63を制御することができる。
これらのことから、本応用例にかかる浮沈式太陽光発電装置によれば、牽引装置60におけるモータの能力または昇降機62におけるモータの能力を低減させることができ、さらにアンカー7または昇降機62における海底13への固定能力を低減させることができる。以上により、本応用例にかかる浮沈式太陽光発電装置によれば、牽引装置60または昇降機62のサイズ、およびアンカー7のサイズなどを低減させることができ、浮沈式太陽光発電装置の製造コストを低減させることができる。
(第2応用例)
応用例は、実施形態において説明した浮沈式太陽光発電装置1における架台5を、架台連結フレームにより複数連結させた浮沈式太陽光発電システムとして実現することにある。架台連結フレームは、複数の浮沈式太陽光発電装置1に対応する複数の架台を連結する。応用例において、複数の浮沈式太陽光発電装置1に対応する複数の制御部は、それぞれ連動して動作する。なお、複数の制御部は、一つの制御部65として実現されてもよい。浮沈式太陽光発電システムにおける制御部65は、架台各々に関する浮沈動作装置6を制御することにより、架台連結フレーム(すなわち複数の架台)の浮沈、および架台連結フレームの姿勢の制御等を実行する。架台5の形状が6角形である場合、浮沈式太陽光発電システムにおける架台の連結体は、ハニカム構造を有することとなる。浮沈式太陽光発電システムにおける動作、処理、効果等は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
応用例は、実施形態において説明した浮沈式太陽光発電装置1における架台5を、架台連結フレームにより複数連結させた浮沈式太陽光発電システムとして実現することにある。架台連結フレームは、複数の浮沈式太陽光発電装置1に対応する複数の架台を連結する。応用例において、複数の浮沈式太陽光発電装置1に対応する複数の制御部は、それぞれ連動して動作する。なお、複数の制御部は、一つの制御部65として実現されてもよい。浮沈式太陽光発電システムにおける制御部65は、架台各々に関する浮沈動作装置6を制御することにより、架台連結フレーム(すなわち複数の架台)の浮沈、および架台連結フレームの姿勢の制御等を実行する。架台5の形状が6角形である場合、浮沈式太陽光発電システムにおける架台の連結体は、ハニカム構造を有することとなる。浮沈式太陽光発電システムにおける動作、処理、効果等は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (6)
- 太陽光により発電を行う発電部を有し、水面上と水中との間で浮沈可能であって、架台自体もしくはフロートと連結した前記発電部を支持する架台と、
前記架台を浮沈させる牽引装置または昇降機と、浮力を調整する浮力調整器とのうち少なくとも一つを有する浮沈動作装置と、
を具備することを特徴とし、
前記水中へ前記架台を沈降することにより、天候による破損を防止すること、
を特徴とする浮沈式太陽光発電装置。 - 前記架台の浮上と前記架台の沈降とを、気象予測情報または浮沈指令に基づいて制御する制御部をさらに具備すること、
を特徴とする請求項1に記載の浮沈式太陽光発電装置。 - 前記架台の揺れを検出する揺れセンサをさらに具備し、
前記制御部は、前記揺れが前記揺れの上限に対応する揺れ閾値以上である場合、または前記揺れが前記揺れ閾値以上になる見込みがあった場合、前記沈降に関して前記浮沈動作装置を作動させる、
を特徴とする請求項2に記載の浮沈式太陽光発電装置。 - 前記架台の直下の底面と前記水面との間において、前記架台の位置を検出する位置センサまたは前記架台の姿勢を検出する姿勢センサをさらに具備し、
前記制御部は、前記姿勢または前記姿勢センサからの出力に基づいて、前記架台が水平状態となるように前記浮沈動作装置を制御すること、
を特徴とする請求項2または3に記載の浮沈式太陽光発電装置。 - 前記浮力調整器と前記位置センサとを有し、
前記制御部は、前記浮力調整器により浮力を下げ、前記架台の自重により前記架台を沈降させ、
前記位置センサからの出力に基づいて、前記架台の沈降において前記位置が所定の水深に到達したか否かを判定し、前記浮沈動作装置の停止を行い、
前記位置が前記所定の水深に到達したことに応答して、前記所定の水深において前記架台の浮力が、前記架台に対して外力が加わらないとき前記架台が浮沈しない中性浮力より大きい浮力となるように前記浮力調整器を制御すること、
を特徴とする請求項4に記載の浮沈式太陽光発電装置。 - 前記架台と水底との距離を保って前記架台を前記水底への着床させる固定脚またはアンカーをさらに具備すること、
を特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の浮沈式太陽光発電装置。
Applications Claiming Priority (2)
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CN115339579A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-15 | 安徽甲癸电力科技有限公司 | 一种用于海上漂浮式太阳能电板的控制浮沉装置 |
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-
2020
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2021
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